À
PROPOS DE L'UTILISATION D'UN PLANÉTARIUM
AVEC DES ENFANTS DE 9·10 ANS
Hélène MERLE, Jean-Michel DUSSEAU
lU.F.M. de Montpellier - Laboratoire ERES, Uni. Montpellier II
MOTS-CLÉS: ENSEIGNEMENT ÉLÉMENTAIRE - PLANÉTARIUM-MOUVEMENT DIURNE
RÉSUMÉ: Dans le but de faire acquérir par des enfants de 9-10 ans la notion du mouvement de rotation diurne de la Terre, nous avons organisé des séances de planétarium, en complément des méthodes traditionnellement utilisées. Cet article présente notre façon de procéder et met en évidence les limites d'utilisation de cet outil didactique.
SUMMARY : In ardertahelp 9-10 year-old pupils to get the notion of the diurnal rotating movement of the Earth, we organize for them sorne planetarium sessions, in addition to usual teaching methods. In this paper, we present our approach and put out the limits of this didactic tool.
1. INTRODUCTION
En France, le fait que 30%de nos concitoyens croient que le Soleil tourne autour de la Terre est un des exemples parmi les plus cités d'analphabétisation scientifique. Pourtant, dès J'école élémentaire, par laquelle J'ensemble de la population passe obligatoirement, des notions d'Astronomie sont au programme, notamment du Cours Moyen.(Ilest à noter que même les didacticiens les plus avertis ne sont pas à l'abri d'un lapsus calami. Ainsi G. de Vecchi et A. Giordan, dans L'enseignement scientifique: comment/aire pour que "ça marche" ? (Z'éditions) indiquent p. 182: "... elle [la Terre] tourne sur elle-mêmeCltour=1 année) ... ").
On peut se poser la question de savoir, dans une perspective constructiviste, si la réalité des phénomènes naturels comme le mouvement diurne, est accessibleàdes élèves qui en sont au point de vue âge, au niveau des opérations concrètes. En effet la connaissance découle ici de la seule observation et, en cette matière, non seulement nos sens sont trompeurs, mais de plus l'usage a introduit des images ("Le Soleil se lèveàl'Est et se coucheà l'Ouest") qui tendent àenraciner davantage les conceptions issues de la perception [N. Lanciano]. Bien sûr, on peut trouver des élèves susceptibles d'énoncer correctement que "La Terre tourne sur elle-même en un jour et autour du Soleil en un an", mais en les questionnant, il apparaît que cette connaissance s'apparente plus à un psittacisme pseudo-scientifique, qu'à un savoir parfaitement maîtrisé.
Alors, puisque l'action sur le réel ne peut être, dans le cas de J'Astronomie, à J'origine de la connaissance, quelles solutions peut-on envisager? Si le Laboratorio di Didattica delle Scienze de l'Université de Rome a privilégié, sous la direction de N. Lanciano, l'observation directe des phénomènes du ciel, pour notre part nous pensons que la simulation peut être un moyen complémentaire d'enseignement. C'est pourquoi, avec des enfants de 9-10 ans, outre les méthodes traditionnelles nous avons utilisé un mini-planétarium, et ce en construisant autour de cet outil des cheminements expérimentaux différents. Ce mini-planétarium est du type GOTO EX-3 de chez PERL, permettant de projeter les positions de 500 étoiles, du Soleil, de la Lune, des planètes, ... sur un dôme de 3 mètres de diamètre.
2. PROCÉDURES EXPÉRIMENTALES 2.1 Approche usuelle
Elle s'appuie sur de nombreuses recherches-actions [cahiers CLAIRAUT]. À partir d'une observation du mouvement diurne du Soleil, les élèves cherchent un modèle explicatif en utilisant des mimes, des maquettes avant d'aboutiràun schéma du système Terre-Soleil. Cette approche n'aboutit qu'à une représentation du mouvement apparent du Soleil en projection sur un plan.
2.2 Approche incluant la mise en œuvre d'un planétarium Le planétarium présente deux avantages:
- Il redonne au ciel une représentation volumique qui, par essence, n'est pas immédiatement perceptible sur les photos ou illustrations de livres de classe ou de vulgarisation. Les enfants placés au centre d'une grande demi-sphère symbolisant la voûte céleste se retournent fréquemment, prenant ainsi conscience d'un espace représentatifàtrois dimensions.
- Il permet de visualiserà différentes vitesses, le mouvement de rotation des étoiles autour de l'étoile polaire. Les enfants se trouvent alors placés faceà une situation qui leur pose problème.
2.3 Procédures utilisées
Nous avons mis au point trois séquences d'enseignement:
SA : séquence traditionnelle sur le mouvement apparent du Soleil et sur son interprétation usuellement construite.
Sp : utilisation du planétarium pour la représentation du mouvement apparent des étoiles. SE : séquence d'exploitation ayant pour but l'interprétation du mouvement apparent des étoiles. Une évaluation E a lieu après chaque séquence, et une évaluation différée ED a lieu 2 mois après l'évaluation [male EF.
Avec 2 classes différentes, nous avons utilisé 2 approches différentes: Classe A : SA, E, Sp, E, SE, EF, ED.
Classe B : Sp, E, SE, E, SA, EF, ED.
Dans la première, le rôle du Soleil est singularisé, alors que dans la seconde il n'apparaît que comme un cas particulier d'étoile.
3. DESCRIPTIONS DES SÉQUENCES Sp
Lors du passage au planétarium, les enfants prennent conscience du mouvement des étoiles. Pour la classe A qui a été familiarisée, par un enseignement traditionnel, avec le mouvement de la Terre, les 2 questions qu'ils se posent sont:
- "Pourquoi les étoiles tournent-elles "penchées" ? " et - "Pourquoi l'étoile polaire ne tourne-t-elle pas? "
Pour la classe B, qui n'a eu aucun enseignement préalable, l'unique question qui préoccupe les enfants est: "Pourquoi les étoiles tournent-elles 1" Leurs principales explications sont les suivantes: - "Le vent pousse les étoiles" ;
- "LaTerre tourne et fait tourner les étoiles" ;
- "La Terre tourne. D'un côté, il y a les étoiles et c'est la nuit; de l'autre côté, il yale Soleil et c'est le jour."
Il semble donc que les enfants associent spontanément leur connaissance de la rotation de la Terre, acquise soit par un enseignement scolaire structuré, soit par le milieu familial (au sens large), au
mouvements ne satisfait qu'en apparence les enfants qui, s'ils répètent, tous convaincus après des débats passionnés: "Cest la Terre qui tourne", sont bien incapables de fournir des explications plus complètes sur les phénomènes observés.
Dans les 2 cas, le planétarium n'apporte pas de réponse mais joue davantage le rôle d'un catalyseur, en aidant les enfantsà préciser les situations-problèmes auxquelles ils sont confrontés.
4. DESCRIPTIONS DES SÉQUENCES SE
L'exploitation des séances de planétarium consisteàfaire construire un modèle de représentation des phénomènes observés en vue d'apporter des éléments de réponseàleurs questions.
Tout d'abord, ils doivent représenter à l'aide d'un stylo feutre le mouvement apparent des étoiles sur un dôme hémisphérique, d'une vingtaine de centimètres de diamètre, en matière plastique transparente, symbolisant la voûte céleste. La position de l'étoile polaire est précisée par un trou dans le plastique, et une figurine placée au centre du dôme symbolise un observateur terrestre. En considérant des étoiles proches de l'étoile polaire, les élèves tracent sur la demi-sphère des cercles complets. Mais pour des étoiles plus éloignées, ils ont tendance à déplacer le centre du cercle vers le sommet de la demi-sphère afin que la trajectoire des étoiles considérées soit contenue toute entière sur la surface de la demi-sphère. Afin d'éviter ce contournement de l'obstacle que constitue la ligne d'horizon et dont les enfants prennent conscience, ils fixent l'extrémité d'unfIlàl'emplacement dela polaire et tracent les trajets des étoiles en considérant différentes longueurs de fil toujours tendu. Dans un deuxième temps, munis du même dôme hémisphérique, d'un mini-globe terrestre et d'une aiguille à tricoter, les élèves doivent proposer une réalisation concrète répondant à la consigne suivante: "Comment faut-il placer la Terre et comment faut-il la faire tourner pour qu'un observateur terrestre ait l'impression de voir tourner les étoiles autour de l'étoile polaire ?" Les enfants réussissent très vite et observent: "Si je mets mon doigt sur l'aiguille et que je la tourne, je nelesens pas : c'est pour ça que la polaire semble immobile". Si on leur demande de décrire le trajet d'une étoile particulière, ils parviennentàproduire le raisonnement suivant: "L'étoile est au dessus de la Russie, à l'Est de la France; si on est en France, on la voit se lever. Après il faut tourner la Terre dans ce sens(l'enfant indique alors le sens correctderotation),pour que l'étoile soit au-dessus de la France. Ensuite, elle se coucheà l'Ouest, au dessus de l'Amérique."
Cependant ce n'est pas parce que les élèves réussissent la tâche proposée qu'ils ont parfaitement compris les mécanismes du mouvement apparent des étoiles.
5. ÉVALUATIONS
Après un questionnaire initial permettant de retrouver les conceptions usuelles des élèves en la matière, nous avons souhaité évaluer l'évolution de leurs connaissances à la suite de chaque
séquence. Chacune de nos évaluations comporte des exercices d'application directe immédiate (phrasesà trous par exemple), et des exercices nécessitant un réinvestissement cognitif, par exemple : "Jupiter est une planète du Système Solaire, comme la Terre. Elle tourne autour du Soleil comme la Terre, mais il lui faut 12 ans pour faire le tour complet du Soleil (la Terre fait le tour du Soleil en un an!).
Elle tourne sur elle-même en 10 heures (la Terre tourne sur elle-même en 24 heures).
En utilisant certains des renseignements donnés ci-dessus, David affIrme que s'il observait le ciel depuis la surface de Jupiter, il verrait les étoiles tourner.
Es-tu d'accord? oui non
Explique pourquoi:
Combien faut-il à une étoile pour faire un tour complet ?" ou bien,
Dessin n01 13 heures Dessin n02 15 heures
J'indique sur le dessin nO 1 l'Est et l'Ouest
Je dessine l'arbre à la place qui lui convient sur le dessin n02
Des entretiens sont souvent nécessaires pour faire préciser aux enfantslecontenu de leurs réponses. On observe lors des évaluations intermédiaires et fInale un nombre moins grand de réponses ambiguës dans la classe B. Par contre, lors de l'évaluation différée, les élèves de la classe A réussissent mieux les exercices concernant le mouvement apparent du Soleil alors que ceux de la classe B sont plus performants pour expliquer le mouvement des étoiles. Mais, pour des exercices nouveaux de réinvestissernent, les élèves de la classe A ont un taux de réussite passablement supérieur à ceux de la classe B. Bien entendu, le nombre important de paramètres en jeu ne permet pas de conclure de manière signifIcative sur le choix d'une procédure optimale. Au-delà de ce problème, notre travail nous a permis de mieux cerner le degré de diffIculté inhérentàl'acquisition des concepts "élémentaires" considérés ici, notamment à travers les exercices proposés. En effet, ces derniers parfois assez diffIciles ont été révélateurs des niveaux de compréhension différents chez chaque élève [H. Merle].
6. CONCLUSION
À partir d'une problématique initiale sur le mouvement apparent du ciel, nous avons mis en évidence 3 obstaclesàl'acquisition de la notion du mouvement diurne. Ces obstacles, parce qu'ils nous semblent franchissables peuvent constituer des objectifs fondamentaux pour l'enseignement de l'Astronomie au Cours Moyen 1ère année.
Tout d'abord, il est nécessaire que les élèves comprennent que l'horizon ne constitue pas une limite de l'espace. Ensuite, parce que la perception du volume de l'espace astronomique n'est pas immédiate, il faut leur faire prendre conscience de l'insuffisance des représentations à 2 dimensions de la voûte céleste. Enfin, au delà du passage d'un mouvement de translation à un mouvement de rotation, leur montrer que ce dernier impliqueunaxe, et quel rôle joue cet axe. Pour aider les élèvesà franchir ces obstacles, nous avons montré que le planétarium n'était utile que si des séquences d'exploitation avaient lieu après.
Cependant, la question se pose alors de déterminer dans quelle mesure cet outil didactique, en renforçant la conception d'une Terre géocentrique, ne constitue pas à son tour un obstacleà l'acquisition du mouvement de rotation de la Terre autour du Soleil. C'est ce que nous nous proposons de vérifier prochainement en classe de Cours Moyen 2ème année (élèves de10 -Il ans).
BIBLIOGRAPHIE
CLAIRAUT (cahiers), Publications du C.L.E.A. (Comité de Liaison Enseignants Astronomes) LANCIANû N., Voir comme Ptolémée et penser comme Copernic,Actes des D(èmes JIES,
Chamonix, 1987, 255-260 ;Ilcielo, laboratorio privilegiato dell'Astronomia,[ncontrare la scienza,
La Nuova ltalia ed, 1990,243-235
MERLEH.,Rôle d'un planétarium dans l'enseignement de l'Astronomie au Cours Moyen [ère année,Mémoire de D.E.A. de Didactique des Disciplines Scientifiques, 1994, Uni. Montpellier
