                Situation d’apprentissage et d’évaluation
Les constellations en 3 dimensions
Travail présenté au
professeur Pierre Chastenay
DDD3511 (HIV-2014)
Didactique de la science et de la technologie
au préscolaire et au primaire
par
Maude Champagne
Isabelle Drolet
Marie-Eve Gagnon
Rosalie Jasmin
Baccalauréat en éducation préscolaire et en enseignement primaire (formation initiale)
16 avril 2014
Les constellations en 3 dimensions
Buts pédagogiques
Amener les élèves à reconnaître l’aspect tridimensionnel de constellations familières qui nous apparaissent comme des images en deux dimensions.
Niveau scolaire visé
Préscolaire Premier cycle Deuxième cycle Troisième cycle
Domaines généraux de formation
Santé et bien-être Orientation et entrepreneuriat Environnement et consommation
Médias Vivre ensemble et citoyenneté
Compétences transversales
D’ordre intellectuel
Exploiter l’information Résoudre des problèmes
Exercer son jugement critique Mettre en œuvre sa pensée créatrice
D’ordre méthodologique
Exploiter les TIC Se donner des méthodes de travail efficaces
D’ordre personnel et social
Coopérer Structurer son identité
D’ordre de la communication
Communiquer de façon appropriée
Compétences disciplinaires en science et technologie
Préscolaire
Agir avec efficacité dans différents contextes sur le plan sensoriel et moteur Affirmer sa personnalité
Interagir de façon harmonieuse avec les autres Communiquer en utilisant les ressources de la langue
Construire sa compréhension du monde Mener à terme une activité ou un projet
Premier cycle
Explorer le monde de la science et de la technologie
Deuxième et troisième cycles
Proposer des explication/solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique
Mettre à profit les outils, objets et procédés de la science et de la technologie
Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et en technologie
Savoirs essentiels en science et technologie
1. Les étoiles et les galaxies (ex. : constellations)
2. Conventions et modes de représentation (ex. : globe terrestre, constellations)
3. Utilisation d’instrument de mesure simple (règle)
Identification des conceptions fréquentes
- Les étoiles sont toutes à la même distance de la Terre.
- Les étoiles sont réellement formées de 5 branches comme dans les illustrations.
Dans Thouin (2008, p. 140) :
- « Toutes les étoiles ont la même grosseur. »
- « Les constellations sont formées d’étoiles qui sont réellement à proximité les unes des autres. »
- « Les étoiles ne sont pas présentes pendant le jour. »
- « Les étoiles sont des corps solides. »
- « La lumière des étoiles nous parvient instantanément. »
- « Les étoiles sont beaucoup plus petites et plus froides que le Soleil. »
Matériel requis
Amorce
❒ Feuilles blanches
❒ Crayons à mine et crayons feutres de couleurs variées
❒ Trame musicale (Les quatre saisons de Vivaldi : https://www.youtube.com/watch?v=GRxofEmo3HA)
Activité fonctionnelle
❒ Annexes 2, 3, 4, 4A et 4B
❒ Anneaux en métal de 2,5 cm de diamètre pour rassembler les fiches de constellations (1 par élève)
❒ Ciseaux
❒ Compas ou punaises (pour percer de petits trous)
❒ Poinçon
❒ Lampe de poche
❒ Appareils photos (pour l’activité d’approfondissement sur les perspectives. Facultatif )
Activité de résolution de problème
(Matériel requis pour chaque équipe de travail. Voir annexe 6 pour une illustration du matériel.)
❒ Morceau de styromousse 28 cm X 43 cm
❒ Papier quadrillé (carrés de 2,5 cm) ou voir annexe 8
❒ 10 perles en plastique (pour la fabrication de bijoux)
❒ 10 morceaux de fil d’aluminium souple de 20 cm ou 10 baguettes de bois (style brochette)
❒ Gommette ou ruban adhésif
❒ Un carton rigide pour y coller l’image d’une des constellations que vous trouverez à l’annexe 7
❒ Carnet scientifique (annexe 9)
Activité de structuration
❒ Carnet scientifique (annexe 9)
Mise en contexte, amorce
En suivant le rythme et en se laissant guider par la musique, les élèves font des points de façon libre sur une feuille. Ensuite, ils échangent leur feuille avec un voisin et essaient de relier certain des points pour former un dessin évocateur, une forme reconnaissable. La musique utilisée est : La primavera
(Le printemps), 1ier mouvement de Les Quatre Saisons de Vivaldi, accessible à https://www.youtube.com/watch?v=GRxofEmo3HA
À la suite de cette amorce, l’enseignante présente quelques créations d’élèves à la classe et fait le lien entre les dessins ainsi créés et les constellations. Il est important de mettre l’accent sur le fait que les constellations ont été inventées par les humains, d’abord et avant tout pour servir de points de repère, et que celles-ci représentent, la plupart du temps, des personnages et des animaux mythiques ou réels. D’une civilisation à l’autre, les mêmes étoiles n’ont pas toujours été reliées entre elles de la même façon et les contes mythologiques qui leur sont associés sont aussi différents. Aujourd’hui, on compte au total 88 constellations définies par l’Union astronomique internationale qui couvrent l’ensemble de la voûte céleste. À la discrétion de l’enseignant, d’autres informations pourront être communiquées aux élèves, comme un résumé de l’histoire de certaines constellations (voir annexe 1).
Maintenant que les élèves ont compris l’origine des constellations, l’activité qui suit leur permettra de mieux saisir le lien entre le nom des constellations et leurs formes. Ils verront, entre autres, que la Grande Ourse n’a pas nécessairement la forme d’une ourse, mais qu’il existe tout de même un lien entre la forme de l’animal et les étoiles choisies pour dessiner cette constellation.
Activité fonctionnelle
0BRôle de l’enseignant
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1BRôle de l'élève
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Durée
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Activité 1 – À la recherche des étoiles qui forment chaque constellation.
L’enseignante explique aux élèves que même si une constellation représente une personne, ce n’est pas exactement l’apparence physique exacte de celle-ci qui forme la constellation. Ces représentations sont simplifiées pour permettre de les repérer plus facilement, comme nous le faisons avec les panneaux de signalisation et les pictogrammes (support visuel en annexe 1A).
Dans un premier temps, l’enseignante invite les élèves, en équipe de deux, à tenter de deviner quelles étoiles qui, une fois liées ensemble, constituent une constellation et dans un deuxième temps, elle leur fait tracer les constellations à travers une activité de communication orale. Voici les consignes à donner :
« Vous aurez à tracer une constellation, comme les Mésopotamiens l’ont fait il y a de cela des milliers d’années. Chacun de vous recevra une feuille sur laquelle une portion du ciel apparaît ainsi que l’image du personnage ou de l’animal qui a inspiré la constellation. Un de vous recevra une constellation entière, avec les lignes qui relient les étoiles de la constellation. L’autre élève recevra la même constellation, mais sans le tracé qui relie les étoiles. Cette dernière personne devra tracer la constellation exclusivement à l’aide des directives orales de son coéquipier. Il est très important que les directives soient claires et précises, puisqu’aucun support visuel ne sera permis. L’enseignante peut demander aux élèves de faire ressortir les points importants d’une directive claire (gauche, droite, deuxième à partir de la gauche, etc.). « En premier, vous recevrez seulement la feuille incomplète. En regardant le dessin de la constellation, vous devrez essayer de deviner à quoi elle ressemblera. Vous pourrez partager entre vous vos hypothèses. Ensuite, l’un de vous recevra la constellation complète et pourra donner ses directives à l’autre élève pour qu’il complète la sienne. Lorsque la constellation sera complétée avec les directives nécessaires, vous pourrez comparer vos dessins. Lorsque les deux constellations seront identiques, vous recevrez une autre constellation incomplète et procéderez de la même façon, mais en échangeant les rôles. »
L’enseignante distribue le matériel nécessaire pour l’activité (annexe 2).
Avant le changement de rôle, l’enseignante fait un retour. Elle peut faire partager certaines des difficultés rencontrées par les élèves et voir si les élèves avaient bien prédit la forme des constellations.
Pour terminer cette activité, l’enseignante demande à un élève à la fois de venir afficher l’une des constellations qu’elle a préalablement imprimée sur un carton (8½ x 11) (annexe 3). Lorsqu’un enfant affiche la constellation, il lit à voix haute l’histoire mythologique qui se cache derrière celle-ci.
Ici, il est important de dire qu’il existe plusieurs histoires pour chaque constellation, mais qu’une seule a été choisie pour cette activité, soit la plus connue.
Activité 2 – Trousseau de constellations
Puisque l’activité 1 nécessite une période complète et qu’elle présente beaucoup de nouvelles informations, il est bon de prévoir quelques jours entre les deux activités. Cela permettra aux élèves d’observer les affiches et de poser des questions au besoin.
Lorsque chaque constellation est affichée dans la classe et que l’on a raconté son histoire, l’enseignante remet à chaque élève un trousseau de constellations, qu’il devra étudier en vue du mini-test.
Pour construire leur trousseau, les élèves devront découper chaque constellation ainsi que les informations qui y sont associées, faire des trous avec un poinçon pour les insérer dans un anneau et percer les petits trous représentant les étoiles à l’aide d’une pointe de compas ou d’une punaise. Ils pourront donc toujours l’avoir à portée de main et l’étudier dans leurs temps libres (annexe 4).
N.B. Lorsqu’on perce de petits trous directement à l’emplacement des étoiles de chaque constellation et que l’on projette de la lumière à travers les trous (dans un endroit sombre), on peut voir apparaître la constellation telle qu’on peut l’observer dans le ciel.
À la fin de la fabrication des trousseaux, l’enseignante éteint les lumières et distribue des lampes de poche aux élèves pour qu’ils puissent projeter leurs constellations.
Pendant une semaine, à l’aide du trousseau de constellations, l’enseignante prévoit du temps d’étude sur le sujet en devoir. Juste avant d'amorcer la phase de résolution de problème, un mini-test est prévu (annexe 4A).
N.B. Il pourrait être intéressant de prévoir du temps d’étude en classe, pour permettre aux élèves de partager leurs observations avec les autres.
Activité 3 – La perspective
Cette prochaine activité permet de préparer les élèves à l’activité de résolution de problème qui suivra. Elle sert à initier les élèves au concept de perspective ou, si vous préférez, de profondeur dans notre environnement. En comprenant mieux le fait que les éléments qui nous entourent sont perçus différemment en fonction de leur position dans l’espace, les élèves seront plus enclins à accepter que le ciel ait aussi une profondeur et que les étoiles d’une constellation ne se situent pas toutes à la même distance de la Terre.
L’enseignante montre aux élèves des images qui présentent des illusions d’optique provoquées par la perspective. Elle les questionne sur la véracité de ce qu’ils voient. Voici quelques exemples de questions conçues en fonction des images disponibles sur les liens internet suivants :
http://mimir.over-blog.com/categorie-11369313.html
http://picblow.com/fr/img/3618
http://www.linternaute.com/photo_numerique/temoignage/temoignage/387415/desert-de-sel-en-bolivie-salar-de-uyuni/
Questions :
Est-ce que la ballerine porte réellement une jupe en forme de tulipe ?
Est-ce possible que la tulipe soit de la même taille qu’une femme d’âge adulte ?
Comment expliques-tu ce phénomène ?
Qu’est-ce qui fait en sorte que certains objets nous apparaissent grands et d’autres petits ?
Nous vous avons proposé ici quelques liens internet où plusieurs illusions d’optique sont présentes. Vous pouvez aussi en trouver d’autres sur internet ou créer les vôtres comme dans l’exemple de l’annexe 4B où une image et une série de questions additionnelles vous sont proposées.
Si l’enseignante a le temps et le matériel nécessaire pour le faire, elle peut proposer aux élèves de créer leurs propres illusions d’optique.
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Les élèves étudient l’origine du tracé des constellations et font des liens avec la conception d’images qu’ils retrouvent dans leur environnement.
Les élèves écoutent les consignes et posent des questions, s’il y a lieu. Ils font ressortir les éléments d’une directive claire et les mémorisent pour les appliquer dans l’activité.
Les élèves, placés en équipes de deux, reçoivent les constellations incomplètes et échangent sur ce à quoi la constellation pourrait ressembler (5 minutes).
Ensuite, les élèves reçoivent et donnent des directives, selon le rôle qu’ils auront à jouer. Lorsque terminé, ils comparent la constellation obtenue et la vraie constellation et font les corrections nécessaires pour que les deux soient identiques. Lorsque c’est fait, ils reçoivent une autre constellation et suivent le même procédé, mais échangent leur rôle (annexe 2).
Les élèves nommés vont afficher les constellations et lisent les histoires mythologiques qui y sont reliées. À ce moment, des discussions et des réactions peuvent avoir lieu.
Les élèves découpent et construisent leur trousseau.
Ils s’exercent à projeter les constellations sur différentes surfaces avec une lampe de poche.
Les élèves étudient leurs constellations à l’aide du trousseau qu’ils ont construit.
Le temps venu, ils répondent aux questions du mini-test.
Oralement, les élèves tentent de répondre aux questions et expriment leurs différentes conceptions.
À l’aide d’appareils photo et d’objets diverses, ils devront faire des clichés qui illustrent les illusions d’optique provoquées par la perspective. Ils seront à même de constater que, selon notre point de vue, l’environnement peut parfois nous apparaître différemment d’une personne à un autre.
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5 min.
15 min.
30 min.
10 min.
30 min.
10 min.
20 min.
40 min.
50 min.
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Résolution de problème
2BRôle de l’enseignant
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3BRôle de l'élève
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Durée
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L’enseignante remet un carnet scientifique à chaque élève. Elle leur annonce qu’en équipe, ils devront fabriquer une maquette en trois dimensions représentant une constellation qu’ils ont étudiée. Le nombre d’élèves par équipe varie en fonction du nombre d’élèves dans la classe et du nombre de constellations disponibles à l’annexe 7. Toutefois, avant, l’enseignante les invite à répondre aux deux questions de la page 2 du carnet scientifique:
Lorsque tu regardes une constellation dans le ciel, crois-tu que toutes les étoiles sont situées à la même distance de la Terre ? Explique ta réponse.
Dessine la constellation de Cassiopée telle que tu la verrais si tu avais la chance de voyager dans un vaisseau spatial et de la regarder de côté à droite.
L’enseignante explique ensuite le déroulement de l’activité :
« Pour vérifier vos hypothèses, vous devrez bâtir une maquette de votre constellation avec le matériel que vous aurez à votre disposition. Pour positionner les étoiles de votre constellation, je vous fournirai la distance de chaque étoile par rapport à la Terre, ainsi que l’image correspondant à votre constellation.»
L’enseignante fournit de l’information à propos des distances qui séparent les étoiles de la Terre, mesurées en années-lumière (l’explication théorique se trouve à l’annexe 5). Elle met l’accent sur le fait que chaque petit carré de la grille de la maquette représente une très grande distance dans la réalité, même si cette distance parait relativement petite sur la maquette. C’est un peu comme sur une carte routière, qui est une représentation à échelle réduite de tout un territoire.
Puis, l’enseignante montre comment construire la maquette :
Les étoiles, représentées par des perles, sont fixées à des tiges métalliques ou de bois avec de la gommette. Avec le dessin de la constellation fixé à angle droit au bout d’une planche de styromousse, les élèves doivent placer les tiges métalliques sur la planche pour que les perles apparaissent vis-à-vis chacun des points représentant les étoiles sur le dessin de la constellation. Ils doivent positionner chaque perle à la distance où se trouve chaque étoile par rapport à la Terre ainsi qu’à la bonne hauteur sur les tiges pour former la constellation. La distance à chaque étoile de la constellation étant fournie, les élèves doivent s’assurer de respecter l’échelle indiquée sur la fiche de constellation (annexe 7). Pour les distances exprimées avec des nombres rationnels, ils peuvent s’aider des sous-unités de la règle ou d’un petit carré de papier de 2.54 cm de côté que l’enseignante a préalablement subdivisé en cinquième. Il est important de préciser aux élèves que la Terre, dans la maquette, correspond à la position de leur œil lorsqu’ils regardent le dessin de la constellation depuis le côté opposé à la planche de styromousse. Ainsi, l’échelle des distances débutera à 0 année-lumière (à partir d’une extrémité de la planche, du côté où les élèves regardent), pour augmenter en allant vers le dessin de la constellation, fixé à l’autre extrémité. Il pourrait s’avérer nécessaire de présenter un exemple concret devant le groupe en positionnant une première étoile sur une des maquettes.
Pour ce qui est de la position en hauteur des perles sur les tiges métalliques, les élèves doivent se placer face à la planche, de façon à ce que le dessin de la constellation soit devant eux. Lorsqu’ils piquent une tige dans le styromousse, ils doivent l’enligner avec l’étoile correspondante sur le dessin; la perle représentant cette étoile doit cacher le point qui correspondant sur la feuille. C’est ainsi que l’on détermine la hauteur de chaque perle sur sa tige.
Lorsque les instructions ont toutes été donnés et que l’enseignante a montré un exemple concret, elle remet le matériel nécessaire, c’est-à-dire une plaque de styromousse sur laquelle une feuille quadrillée a été collée, des tiges de métal ou de bois en quantité suffisante en fonction du nombre d’étoiles de la constellation à reproduire, des perles, de la gommette et l’image de la constellation préalablement collée sur du carton rigide et sur laquelle apparaissent les distances séparant la Terre de chaque étoile (annexe 7).
L’enseignante peut choisir la constellation en fonction des capacités des élèves. Par exemple, pour une équipe plus faible, elle offrira celle de Cassiopée, qui compte moins d’étoiles.
Elle invite également les élèves à compléter la page 3 de leur carnet scientifique avant de commencer le montage de leur maquette (annexe 9).
L’enseignante circule pendant que les élèves manipulent le matériel. Elle questionne les élèves sur ce qu’ils observent et leur demande si leurs observations coïncident avec leurs hypothèses de départ. Elle complète la grille d’observation (annexe 10).
Lorsque les élèves ont terminé le montage de la maquette, l’enseignante leur demande de compléter la page 4 du carnet scientifique.
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Les élèves répondent aux questions dans leur cahier scientifique. Ils émettent leurs hypothèses.
À la page 3 de leur carnet scientifique, ils écrivent le nom de la constellation qu’on leur a attribué ainsi que la mesure de distance de chaque étoile par rapport à la Terre. Aussi, ils dessinent leur constellation (annexe 9).
Avec le matériel qui leur est fourni, les élèves construisent la maquette de la constellation qui leur est donnée. Ils répondent aux questions de l’enseignante.
À la page 4 de leur carnet scientifique, les élèves doivent dessiner leur constellation vue de quatre angles différents. C’est à ce moment qu’ils réalisent que l’apparence d’une constellation change en fonction de l’angle sous lequel ils l’observent.
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1 heure
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Activité de structuration
4BRôle de l’enseignant
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5BRôle de l'élève
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Durée
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L’enseignante fait un retour sur l’activité de résolution de problème. Elle revient sur les questions initiales et demande aux élèves de partager leurs hypothèses initiales et leurs constats après l’activité.
Elle demande à un des élèves qui devait reproduire la constellation de Cassiopée de venir dessiner au tableau ce à quoi la constellation ressemble si on l’observe de la droite.
Elle invite les élèves à faire un retour écrit sur leurs hypothèses en complétant la page 5 du carnet scientifique. Ce sont les mêmes questions que celles posées initialement, mais les élèves doivent maintenant y répondre en fonction des découvertes qu’ils ont faites durant l’activité de résolution de problème.
N.B. Si les élèves ne comprennent pas que le ciel a une troisième dimension, l’enseignante met l’accent sur cet aspect en disant que le ciel a une profondeur, comme une boîte à chaussures ou un contenant, sauf que cette profondeur est infinie. C’est pour cela que les étoiles, que l’on croit toutes situées à une même distance de la Terre, sont en fait très éloignées et sont situées à des distances différentes. Cela est dû à la profondeur du ciel, que l’on ne perçoit pas lorsqu’on regarde les étoiles la nuit.
Pour conclure, l’enseignante demande aux élèves de compléter les pages 6 et 7 de leur cahier de l’élève. Elle leur donne les consignes suivantes :
« Choisissez un nouvel angle de la constellation que vous avez construite : celui que vous trouvez le plus inspirant et représentez-le à la page 7 de votre carnet scientifique. Tracez une nouvelle constellation comme si vous étiez à l’époque des Mésopotamiens et que vous vouliez vous repérer grâce aux étoiles. Celle-ci sera ce que les astronautes verront de leur vaisseau. Il faut que vous trouviez un nom à cette nouvelle forme étoilée. Ensuite, vous devrez écrire l’histoire qui se cache derrière celle-ci, sa mythologie. Vous pouvez vous inspirer des histoires que l’on a apprises sur les constellations que l’on a vues en classe, celles qui se trouvent sur votre trousseau.»
À la fin, elle invite quelques élèves à venir lire leur histoire et à présenter leur nouvelle constellation.
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Les élèves partagent leurs observations et en utilisant leur maquette, ils appuient leur propos par des exemples.
Un élève vient reproduire l’un des dessins qu’il avait fait à la page 4 de son carnet de scientifique.
Les élèves complètent la page 5 du carnet scientifique.
Individuellement, les élèves choisissent un angle de vue de leur constellation qui les inspire et rebaptisent la constellation qu’ils auront créée. Ils écrivent son histoire et ce à quoi elle leur fait penser.
Sur une base volontaire, les élèves viennent présenter leur constellation devant la classe.
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30 min.
1 heure
20 min
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Évaluation
Trois phases d’évaluation sont prévues pour la présente SAÉ. Une première évaluation sera faite après l’activité fonctionnelle, dans le but d’évaluer les connaissances qu’ont acquises les élèves à propos des constellations qui auront été vues en classe (annexe 4A).
Ensuite, pendant la situation problème, l’enseignante complètera une grille d’observation pour chaque équipe (annexe 10). Cette grille aidera à conserver des traces pour évaluer la compétence « Mettre à profit les outils, objets et procédés de la science et de la technologie ».
Enfin, l’enseignante évaluera, à la fin de la situation, l’évolution des conceptions des élèves en analysant leur carnet scientifique à l’aide d’une grille d’appréciation (annexe 11).
Références
Bibliographie
Bely, Pierre-Yves, Carol Christian et Jean-René Roy. (2008). 250 réponses à vos questions sur l’astronomie. Québec : Éditions MultiMondes, 299 p.
Chastenay, Pierre. (2002). Je deviens astronome. Coll. «Astro jeunes». Waterloo : Éditions Michel Quintin, 47 p.
Équipe éditoriale de Sélection du Reader’s digest. (2000). Mon atlas de l’univers. Montréal : Sélection du Reader’s digest, 128 p.
Le ciel et l'univers: encyclopédie universelle. (2006). Saint-Laurent: ERPI, 512 p.
Ortega, Ofelia. (2006). L’Univers. Montréal : Éditions L’École Active, 48 p.
QA Kids. (2004). Atlas de l’univers. Montréal : Québec Amérique jeunesse, 80 p.
Scagell, Robin. (2005). Atlas du ciel GEO jeunesse. Paris : Gallimard jeunesse, 96 p.
Thouin M. (2008) Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique. Québec : Multimondes, 481 p.
Médiagraphie
AnAmericanComposer. (2011, 30 janvier). Four seasons ~Vivaldi. [Vidéo en ligne]. Repéré à. |
