Evaluation simulation celestia2.pages

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Université Paris 7 - Diderot
Simulation au cycle 3
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Découverte du Système solaire en classe de CM2 !
à l’aide du logiciel Celestia"

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Logiciel Celestia
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Celestia est un logiciel libre et gratuit fonctionnant sous Mac OS X, Linux et
Windows. Cet outil informatique simule l'Univers et spécialement le système solaire
en trois dimensions et en temps réel. Il permet ainsi de visualiser des phénomènes
astronomiques, sous divers angles et selon des vitesses et des grossissements
appropriés. Nous pouvons donc retrouver et visiter les différentes planètes qui
existent dans notre système solaire.!
Cette simulation réside dans son exactitude spatiale et temporelle. En effet, l’image
observée à l’écran est dans la réalité au même endroit de l’espace à ce moment
précis (date et heure). Cet outil puissant possède de nombreux paramètres qui
peuvent être notamment contrôlés et modifiés à volonté, permettant à chacun une
exploitation plus ou moins avancée des capacités du logiciel. Pour les plus
chevronnés, on peut utiliser ou créer des séquences d’instructions (appelées
scripts) qui permettent de piloter le logiciel. Avec un script, l'utilisateur peut
programmer des voyages dans le temps et dans l'espace et contrôler les fonctions
de Celestia.!
La possibilité d'enregistrer des images, des vidéos, de montrer plusieurs points de
vue simultanément, avec une grande qualité d’image, en font un outil pédagogique
très intéressant à tous les niveaux d’enseignement. Ce logiciel permet ainsi de
matérialiser le mouvement des différentes planètes autour du Soleil permettant aux
élèves d’avoir une autre représentation, proche de ce que l’on pourrait retrouver
dans la réalité.
L’utilisation d’un tel outil en classe reste donc tout à fait pertinent au regard des
programmes de 2008 de l’école primaire dans l’enseignement des «sciences
expérimentales et technologie» rendant possible de représenter le monde et ses
phénomènes dans une démarche déductive donnant ainsi accès à sa complexité.
L’usage de ce logiciel de simulation d’astronomie permet de pratiquer des
expérimentations impossibles ou irréalisables en classe. Contrairement aux autres
sciences de la nature, les objets que l’astronomie étudie (les planètes, le Soleil…)
sont inaccessibles par la manipulation. La démarche mise en place est une
démarche scientifique non expérimentale, car il est impossible d’agir sur ces objets
ou leurs mouvements. Cependant, il reste indispensable auparavant de s’appuyer
sur des activités d’observation (mouvement apparent du Soleil, jour/nuit, les
phases de la Lune…) et par le vécu direct (simulation des astres par les élèves eux-
mêmes, puis avec des maquettes…). L’observation du réel et l’action sur celui-ci ont
la priorité sur le recours au virtuel. Le modèle doit être construit préalablement.
Celestia est donc un outil supplémentaire afin d’aider les élèves à explorer en détail
certains phénomènes qu’ils ne pourraient pas observer autrement et de compléter
les observations. La simulation permet de modéliser le mouvement des planètes
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autour du Soleil et de visualiser comment les astres étudiés évoluent au cours du
temps. Cependant, tout logiciel de simulation reposant sur l’utilisation d’un modèle
(construction théorique qui représente la réalité ou une partie de celle-ci et qui se
substitue à elle pour réfléchir) doit être absolument explicité et accompagné. En
effet, ce logiciel reste assez difficile à maîtriser pour de jeunes élèves car peu
intuitif au niveau des commandes. Il faut aussi essayer en permanence se souvenir
de sa position et de ce qu’on regarde. Mais expérimenter ce modèle et le confronter
au monde est une façon de donner du sens à ce qui est enseigné, de faciliter la
compréhension de la réalité en s’y référant. De plus, l’utilisation de l’outil
informatique permet un rôle actif de la part des élèves dans leurs apprentissages:
ils peuvent se promener dans l’espace, voir les astres en 3D, les faire pivoter. Cela
rend l’activité beaucoup plus concrète, plus intéressante et motivante pour eux.
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Les instructions officielles
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Dans les programmes du cycle 3 de l’école élémentaire, les élèves doivent aborder
les points suivants:!
=> dans le domaine «Le ciel et la Terre»
• La lumière et les ombres *
• Les points cardinaux et la boussole
• Le mouvement de la Terre et des planètes autour du Soleil *
• La durée de la journée et son évolution au cours des saisons *
• La rotation de la Terre et ses conséquences *
• Le mouvement de la Lune autour de la terre *
• Les mesures de durées et unités
=> dans le domaine Nombres et calcul (Mathématiques) (cycle 3)
• Comparer et ranger des grands nombres jusqu’au milliard et au-delà *
• Arrondir des grands nombres *!
(* compétences exigibles pour le palier 2 du socle commun)
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Dans la partie Sciences expérimentales et technologie, les instructions officielles
proposent des repères pour organiser la progressivité des apprentissages pour
chaque niveau en précisant que les connaissances et compétences acquises dans la
classe antérieure sont à consolider. Ainsi le thème «Mouvement de la Terre et des
planètes…» est réparti sur les trois classes du cycle 3 permettant un niveau de
difficulté et d’approfondissement croissant. L’organisation et la gestion de données
constitue une partie importante du programme de mathématiques. L’activité
scientifique proposée offre la possibilité de la travailler. Les données pourront être
directement issues des mesures ou relevés réalisées durant les observations, des
calculs effectués dans le cadre de l’investigation. Elles seront également figurées
dans les documents fournis aux élèves. Elles seront présentées sous
forme de tableaux, simples ou à double entrée.!
L’approche interdisciplinaire, associant plusieurs compétences du socle
permet d’optimiser la gestion des temps d’activité.
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Découvrir le système solaire (cm2)
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Connaissance: le système solaire est constitué en son centre d’une étoile, le soleil
et de huit planètes qui gravitent autour de lui sur des trajectoires pratiquement
circulaires. Le Soleil est beaucoup plus gros que les planètes (son diamètre est plus
de 100 fois plus grand que celui de la Terre). Ces planètes sont au nombre de huit:
les quatre première à partir du Soleil (Mercure, Vénus, Terre et mars) sont de plus
petites tailles , ce sont des planètes solides, ayant un sol; les quatre suivantes
(Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) sont des planètes de plus grande taille,
gazeuses et nettement plus éloignées du Soleil.
Certaines possèdent des satellites, des corps qui gravitent autour d’elles suivant
des orbites à peu près circulaires. Certaines planètes géantes ont des anneaux faits
de roches et de glaces (ex Saturne). Le système solaire est minuscule à l’échelle
des distances séparant les milliards de galaxies qui peuplent l’univers.
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Concept clés:
•Les planètes sont des sphères
•Les planètes ont des tailles différentes
•Les planètes tournent autour du Soleil, notre étoile
•Les planètes tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre
•Les orbites sont presque circulaires
•Il y a huit planètes: les quatre petites sont rocheuses et les quatre grandes sont
gazeuses
•Pluton est une planète naine
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=> Objectifs de la séquence:
Découvrir le système solaire
Connaître la différence entre une planète et une étoile
Savoir distinguer planète rocheuse et géante gazeuse
Reconnaître les différentes planètes du système solaire et les nommer
Etre capable de les classer en fonction de leur type, taille et distance par rapport
au soleil
Aborder les notions de distance en km et U.A.
=> Durée: 5 séances
Ce2: Le mouvement de la Terre (et des!
planètes) autour du Soleil
Cm1: Le mouvement de la Terre (et des!
planètes) autour du Soleil
Cm2: Le mouvement de la Terre (et des!
planètes) autour du Soleil
- Mettre en lien l’évolution de la durée
du jour au cours de l’année et les
saisons.!
- Définir les termes équinoxe, solstice.!
- Savoir que le Soleil est une étoile,!
centre d’un système solaire constitué
de planètes dont la Terre.!
- Différencier étoile et planète, planète et!
satellite (exemple : la Lune, satellite!
naturel de la Terre).!
Vocabulaire : saison, planète, étoile,!
système solaire, satellite naturel,
rotation, révolution.!
- Repérer et comprendre le mouvement!
apparent du soleil au cours d’une
journée et son évolution au cours de
l’année.!
- Connaître le sens et la durée de!
rotation de la Terre sur elle-même.!
- Savoir interpréter le mouvement!
apparent du Soleil par une modélisation.!
- Connaître la contribution de Copernic
et Galilée à l’évolution des idées en!
astronomie.!
Vocabulaire : solstice, équinoxe, sens
et axe de rotation, inclinaison, points!
cardinaux.
- Différencier les planètes du système!
solaire (caractéristiques, ordres de!
grandeur)!
Vocabulaire : planète gazeuse /
rocheuse!
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=> Matériel: !
- un ordinateur pour deux élèves, le logiciel Célestia installé (l’usage d’un Tbi serait
ici vivement conseillé)!
- les différents documents proposés pour chaque élève!
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Les différentes séances de cette séquence autour du Système Solaire
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=> Séance préliminaire :
Cette séance va permettre de faire émerger individuellement les conceptions des
élèves et de leurs connaissances initiales qui serviront de fil conducteur pour le
déroulement de la séquence.!
* Demander aux enfants de réfléchir, d’écrire et de représenter ce qu’ils pensent
savoir sur le système solaire. !
* Noter ensuite toutes les questions qu’ils se posent à ce sujet.
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=> Voici différentes productions d’élèves recueillies
* les dessins concernant le système solaire présentent des astres parfois avec une
organisation géocentrique.!
* les planètes ne sont pas dans le bon agencement.
* la Terre est la plus grosse de toutes les planètes.
* étoile et planète restent souvent confondues.
* les dimensions dans l’Univers restent très sous-évaluées: ils n’ont aucune idée
des distances
* définition du mot satellite qui reste trop souvent un objet construit par l’homme!
Connaissances et questions des élèves: !
* les étoiles sont des fragments de météorites - Pluto n’est plus une planète -
Mars est la planète la plus éloignée du Soleil - Y a-t-il un autre système solaire? -
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Les élèves ont certaines connaissances
sur les planètes, les étoiles, l’Univers.
Mais souvent ces connaissances sont
erronées ou peu précises. Il s’agira ici !
de les amener à modifier leurs
représentations, à préciser le
vocabulaire et à se poser de nouvelles
questions.