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Le
travail présenté ici a été réalisé
dans deux classes de seconde et ceci au début de l’année
scolaire 2000. Il porte sur la partie du programme : " La
planète Terre et son environnement "
Sujet :
" … L’alternance des saisons est la conséquence
de la sphéricité de la Terre, et de sa rotation autour
d’un plan incliné par rapport au plan de révolution
autour du Soleil "
Thème
de l’activité : mise en évidence de
variations de l’insolation à la surface de la Terre
au cours de l’année ; construction d’un modèle
explicatif des saisons.
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Il
a été demandé aux élèves, et ceci à
la fin de la séance précédente, de répondre
à la question suivante :
"
Comment se fait-il qu’il fasse plus chaud l’été que
l’hiver ? " Ceci nous permet de faire émerger
les conceptions des élèves.
Voici
les réponses les plus fréquentes des élèves.
-
" Lorsque la Terre fait le tour du Soleil, il y a un moment
où elle est plus proche du Soleil. C’est ce qui provoque
les saisons. " (12 réponses proches ou identiques)
- " Je
ne sais pas. " (6 réponses)
- Il fait plus chaud
l’été car "l’hémisphère
est incliné vers le soleil, donc l’angle d’incidence
est plus faible "(2 réponses)
On
a pu alors constater qu’un nombre relativement important d’élèves
n’ont pas d’explication alors que la question ne semble (apparemment)
guère difficile ! D’autres propositions ont été
formulées (le vent, le trou d’ozone…) mais il convient
de ne retenir que les représentations mentales les plus caractéristiques.
Au
niveau de ce thème, nous prenons conscience que la représentation
qui fait véritablement obstacle est celle qui justifie les températures
élevées au cours de l’été par la proximité
entre la Terre et le Soleil.
Déroulement
de la séance.
On
reprend collectivement les différentes propositions formulées
par les élèves. Ils constatent alors avec étonnement
la diversité de leurs réponses. " Qui a
raison ? "
Leurs
réponses prennent donc véritablement le statut d’hypothèses.
Outils
utilisés :
Les
élèves disposent de lampes de poche et de globes terrestres,
je leur demande à l’aide de ce matériel de rechercher
l’origine possible des saisons.
Les
discussions sont rapidement animées, la grande majorité
des groupes déplace la lampe (Soleil) à la surface de la
Terre en laissant immobile le globe terrestre. D’autres estiment
que les saisons sont liées à la rotation de la Terre sur
elle-même, ils tentent alors de valider leur proposition à
l’aide du globe et de la lampe !
Quelques
groupes soulignent l’importance de l’inclinaison de l’axe
des pôles, je leur donne alors la valeur de l’angle d’inclinaison
(23.5°)
Je
place plusieurs lampes au centre de la salle et leur demande de se déplacer
avec un globe terrestre dans les mains et de le positionner au cours de
l’année. ( J’ai disposé sur les globes une étiquette
à l’emplacement de la France et une étiquette au niveau
de l’Afrique du sud ) Peu d’élèves se montrent
volontaires exprimant une réelle difficulté à exécuter
cette consigne.
3
élèves ont tout de même "essayé "
Les
maladresses que j’ai pu repérer au cours des premiers essais
sont :
-
Ils rapprochent la terre du soleil au cours de l’été.
- La direction de
l’axe des pôles varie au cours de l’année ;
un élève déplace la terre dans toutes les directions
de l’espace n’hésitant pas à la tourner dans
tous les sens.
- La plupart font
passer la terre en dehors du plan de l’écliptique, la disposant
parfois au-dessus, parfois en dessous de ce plan.
Je
décide alors d’inscrire au tableau les données
qu’ils convient impérativement de respecter, à savoir :
-
La rotation de la terre autour du soleil se fait en conservant globalement
la même distance, en effet l’orbite de la terre autour du soleil
est un cercle presque parfait. ( la distance Terre-Soleil l’été
est de 152,5 millions de km, la distance terre- soleil l’hiver est
de 147,5 millions de km)
- Au cours de sa
rotation la Terre reste dans le plan de l’écliptique.
- La terre conserve
la même inclinaison au cours de l’année, je
leur précise que l’axe des pôles est orienté
en permanence (approximativement) vers l’étoile polaire
qui, elle, reste fixe.
Progressivement,
les élèves réussissent à positionner notre
planète au cours de l’année. Il convient d’insister
sur les variations d’éclairement au niveau de l’hémisphère
N et S l’été et l’hiver et ceci en prenant comme
références la France d’une part et l’Afrique du
sud d’autre part. Il me semble alors nécessaire de positionner
2 globes terrestres, l’un au cours de l’été et
l’autre au cours de l’hiver. L’utilisation d’un seul
globe fait qu’ils oublient les surfaces éclairées au
cours des saisons.
Suite
à ce travail, je leur distribue le document figurant ci- dessous,
je leur demande de le légender avec précision et de proposer
un titre.
A
l’issue de cette séance je décidais de ne plus utiliser
ce document et ceci pour deux raisons :
D’une
part il renforce l’idée que l’orbite terrestre
est une ellipse et non un cercle presque parfait. D’autre part, des
élèves ont pu parfaitement compléter ce document
sans avoir véritablement compris le mécanisme des saisons.
Ceci m’est essentiellement apparu au cours de la synthèse
collective réalisée en fin de séance.
Ayant
plusieurs classes de 2°, je décidais donc de procéder
différemment en utilisant d’autres outils.
Séance
réalisée dans une autre classe de seconde.
Une
discussion collective leur rappelle les différences de températures
constatées au cours des saisons.
Le
questionnement : "Comment se fait-il qu’il fasse plus chaud
l’été que l’hiver ? " est alors
posé.
Ils
disposent sur leur table d’une balle de ping-pong représentant
le soleil, des boules de cotillon représentant la terre. Des pics
en bois peuvent symboliser l’axe de la terre. La balle de ping-pong
peut être fixée sur une planche de liège à
l’aide de pâte jaune, les pics peuvent également être
enfoncés dans le liège.
(
On peut également symboliser la terre à l’aide de plusieurs
balles de ping-pong. Une tige en fer : cintre de vêtement passe
par l’axe de la balle de ping-pong. D’anciennes lampes autrefois
utilisées pour les microscopes représentent le soleil ;
ce matériel permet entre autres de bien observer l’alternance
jour-nuit.)
Je
leur demande d’utiliser ce matériel pour positionner la terre
au cours de l’année, une croix au feutre sur les boules de
cotillon permet d’indiquer l’emplacement de la France. Ils doivent
également dessiner leur maquette et préciser les difficultés
éventuellement rencontrées.
Les
élèves ont estimé cette activité fort délicate,
ils ont beaucoup hésité avant de positionner les balles
de cotillon symbolisant notre planète. Sur les 9 groupes, seuls
2 groupes ont correctement positionné la planète et ceci
dès le début de l’activité.
Ci
dessous quelques exemples de représentations.
- Figure. 1 Cette
représentation a été évidemment fréquemment
proposée ; l’existence des saisons est ici justifiée
par la distance entre notre planète et le Soleil. Les élèves
ont positionné avec difficulté la planète ce qui
apparaît également dans leur commentaire.
- Figure 2
Au-delà de la distance entre la planète et le Soleil,
les élèves ont posé le problème de la position
verticale de la Terre par rapport au Soleil, ce qu’ils ont exprimé
en évoquant "la hauteur des planètes sur les pics "
- Figure 3 Ici
l’axe des pôles varie de 90° à chaque changement
de saison.
Ce
petit modèle présente l’avantage d’être
visible par tous, il favorise les échanges entre les élèves
et ce fût le cas au cours de cette séance. Les élèves
ont beaucoup de mal à argumenter. C’est "comme ça ! "
Des
documents variés leur sont distribués (textes…) Ces
documents doivent les aider progressivement à enrichir leur argumentation.
Je
leur distribue alors des petits papiers représentant le globe terrestre
et leur demande de les positionner autour du Soleil. Ils doivent donc
représenter le plan de l’écliptique et d’indiquer
la distance Terre-Soleil pour l’été et l’hiver.
Ces 2 saisons sont précisées pour l’hémisphère
N et S.
Ils
doivent préciser à l’aide de flèches à
la fois la rotation de la terre sur elle-même mais également
autour du soleil. Des petites croix rappellent l’emplacement de la
France et de l’Afrique du sud.
Les
petits globes doivent être de taille suffisante pour qu’ils
puissent représenter la zone dans la nuit et la zone éclairée.
Un transparent permet une mise au point collective.
En
fin de séance je leur demande de répondre individuellement
à la question initiale et ceci sous forme de phrases. Ce moment
de structuration est absolument essentiel.
La
synthèse réalisée par ces élèves m’a
semblé plus pertinente que celle réalisée par les
élèves de la première classe.
En
fin de travail, Il convient de réserver un temps pour que les élèves
réfléchissent sur la manière dont ils ont fonctionné
au cours de cette séance. On peut demander à des élèves
en difficulté de tenter d’analyser de façon plus précise
l’obstacle qu’ils n’ont pas dépassé ou qu’ils
ont eu du mal à dépasser. Ceci permet une compréhension
de ce qui a rendu possible l’apprentissage.
L’élève
devra pouvoir ensuite réutiliser son savoir et ceci dans un contexte
si possible éloigné de celui ou il l’a appris. Ce savoir
construit doit pouvoir être transféré dans des situations
nouvelles.
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