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1. Discussion

L’enseignant propose aux élèves de descendre dans la cour un jour ensoleillé (hors de l’ombre d’arbres ou de bâtiments) et d’essayer de trouver ce qui nous accompagne, ce qui est toujours avec nous, que l’on soit immobile ou en mouvement. Si le mot ou l’idée d’ombre n’émergent pas, l’enseignant proposera la réponse avant le début des activités.

Une autre façon, un peu plus longue, d’ introduire cette séance consiste à projeter l’ extrait de Peter Pan (où il joue avec son ombre) ou à lire un album (voir bibliographie ) et à demander aux élèves s’ il est possible que l’ ombre soit telle qu’ elle y est représentée… Comment faire pour vérifier ? Il propose alors aux élèves de descendre dans la cour et de jouer à observer leur ombre.

La notion d’ ombre, fondamentale dans cette séquence, est difficile à appréhender en particulier en petite et moyenne section. Le lien avec une source lumineuse n’ est pas encore établi. Par exemple, certains élèves pensent pouvoir faire disparaître une ombre en mettant une couverture dessus. Il ne faut pas s’ attendre à ce que tous les élèves comprennent et assimilent immédiatement le concept d’ ombre. Cette séquence peut y contribuer, comme de nombreuses autres, mais probablement faut-il à l’ enseignant être patient et y revenir à plusieurs reprises.

2. Activités (à mener dans la cour)

Différentes activités, graduées en difficultés, sont proposées pour aider les élèves à appréhender quelques propriétés des ombres. L’enseignant peut, suivant l’âge et les réactions de ses élèves, insister et renouveler plusieurs fois ces activités. Cette mise en situation permet de mener un certain nombre d’observations en lien avec le concept d’ombre (par exemple, nos ombres sont sombres, leurs tailles varient, elles ne rigolent pas, sont « attachées aux pieds », bougent en même temps que nous…). Ces activités peuvent être réinvesties en séance d’éducation physique et sportive.

Liste (non exhaustive) des activités à adapter en fonction de l’âge des élèves :

• Alignés et suffisamment écartés, les élèves bougent la tête, un bras et regardent l’effet sur leur ombre. Ils constatent que leur ombre au sol est sombre, sans yeux, ni bouche, accrochée à leurs pieds…
• Lever un pied, puis l’autre. L’ombre se détache des pieds. Elle n’est plus rattachée lorsque l’on saute.
• Tracer son ombre sur le sol avec une craie.
• Organiser une « ola » d’ombres : un premier enfant lève les bras, puis le suivant…
• Jouer avec la taille des ombres : se tenir le plus droit et le plus possible dans l’axe du Soleil pour avoir l’ombre la plus petite possible.
• Marcher sur une ombre : par binôme, mettre son pied dans l’ombre du voisin qui se déplace pour éviter cela, en marchant d’abord puis en courant.
• Vérifier que je suis toujours entre le Soleil et mon ombre.

Il est important de commenter ce que les élèves constatent. Cette mise en situation dans la cour est l’occasion de formuler certaines observations et conclusions. Par exemple, nos ombres sont sombres, cela signifie qu’on empêche la lumière du soleil de passer.

L’enseignant invite ensuite les élèves à se mettre à l’ombre (préau, grand arbre). Il leur présente un des bonhommes-chevalet (fiche 2) et le pose debout sur le sol. Puis il présente aux élèves les différentes ombres découpées (fiche 3). Parmi toutes ces ombres de bonhomme une seule est juste. À votre avis laquelle et pourquoi ? Les élèves positionnent le bonhomme et l’ombre correspondant à leur hypothèse. Pour vérifier, l’enseignant présente alors le second bonhomme-chevalet et le met au soleil. La comparaison entre les deux ombres permet de valider ou non chacune des hypothèses retenues. L’enseignant insiste sur la position de l’ombre par rapport au Soleil, la source lumineuse.

3. Mise en commun (de retour dans la classe)

En classe, l’enseignant conduit une discussion pour faire formuler ce qui a été observé dans la cour : « les ombres au sol sont sombres, ne rigolent pas, sont « attachées aux pieds », bougent en même temps que nous, sont plus ou moins grandes… »
Pour cela, il peut réutiliser le bonhomme-chevalet et recréer des ombres sur une table avec une lampe. Il en profite pour faire remarquer que s’il bouge la lampe, l’ombre change et que s’il éteint la lampe, l’ombre générée par celle-ci disparaît, ce qui met en évidence l’importance d’avoir une source lumineuse pour distinguer des ombres.

Après cette séance, le bonhomme-chevalet et la lampe torche peuvent rester à la disposition
des élèves dans l’ espace « Découverte du monde » afin de leur permettre de réinvestir leurs connaissances en manipulant librement.

4. Trace écrite

Pour élaborer une trace écrite dans le cahier d’expériences, les élèves doivent parvenir à passer du bonhomme-chevalet et de son ombre en trois dimensions à un schéma, par nature, à deux dimensions.

Au tableau, l’enseignant colle le bonhomme-chevalet à plat sur une affiche (en ôtant le chevalet qui permettait de le faire tenir debout) et demande aux élèves de positionner l’ombre du bonhomme-chevalet sur l’affiche. La discussion conduit à positionner l’ombre, à plat, pieds collés au bonhomme-chevalet. Un schéma simple peut ainsi être appréhendé par les élèves puis tracé dans le cahier d’expériences.

1. Discussion et expériences (phase 1)

En début de journée, l’enseignant invite les élèves à revenir sur la séance précédente. Il rappelle que nos ombres changent en fonction de notre taille, de notre position etc. Il pose la question Est-ce que nos ombres ou celle d’un objet changent au cours de la journée ?

La discussion conduit les élèves à proposer d’observer dans la cour les ombres à différents moments de la journée. La phase d’expérimentation se déroule donc en plusieurs temps au cours d’une journée ensoleillée : la première observation peut se faire vers 9 h 30, la deuxième vers 14 h, la troisième vers 16 h.

Un ou quelques élèves se tiennent « au garde-à-vous » (debout, immobile, droit, les bras le long du corps), dans un endroit de la cour qui va rester au soleil toute la journée. Les initiales des élèves, le contour de leurs pied (pour pouvoir se repositionner à l’identique) et de leur ombre sont tracés à la craie. Différentes couleurs peuvent être utilisées pour distinguer les ombres du matin, de celles de la mi-journée et de l’après-midi.

Prendre des photos peut s’ avérer très utile, notamment pour l’ élaboration des traces écrites.

La dangerosité du Soleil étant liée à la hauteur du Soleil, et non à son orientation , on focalisera l’ attention des élèves sur les changements de taille des ombres. Un travail sur l’orientation de l’ombre en fonction de la position du soleil peut être mené en parallèle de la séance proposée (cf. prolongement cycle 2).

Parallèlement, l’enseignant réalise avec les élèves la même expérience avec un des bonhommes-chevalets, fixé verticalement sur une planche en carton, positionnée toujours au même endroit dans la cour. Le contour de ses ombres se fait au feutre sur une affiche contre-collée ou directement sur le carton.

Certains élèves sont très profondément persuadés que si les ombres changent, c’ est en fait parce que les élèves changent de position. Laisser le bonhomme chevalet en place toute la journée, permet « normalement » de les convaincre que si les ombres changent, c’ est bien parce que le Soleil change de position.

2. Mise en commun et trace écrite (phase 2)

En s’appuyant sur les observations des tracés des ombres des élèves et en s’aidant de l’affiche où figurent les ombres du bonhomme-chevalet, les élèves concluent : « La position et la taille de notre ombre changent au cours de la journée. Elle est plus grande le matin et l’après midi, plus petite vers midi. »

Une trace écrite collective est réalisée par l’enseignant à partir des photographies faites dans la cour et/ou du carton sur lequel ont été tracés les ombres du bonhommechevalet. Les élèves peuvent alors dessiner, sur leur cahier, l’expérience réalisée dans la cour et noter (pour les élèves de cycle 2) la conclusion.

Prolongement cycle 2

L’enseignant revient sur la conclusion précédente et demande : Pourquoi les ombres changent-elles de taille au cours de la journée ? Les hypothèses sont notées au tableau et discutées. Celles fondées sur des mouvements des élèves sont écartées puisque les élèves se sont tenus immobiles, de la même façon, au même endroit lors de chaque observation. En revanche, celles portant sur un changement de position du Soleil retenues. Comment pourrions nous vérifier que c’est bien la position du Soleil qui change ?

L’enseignant sort une lampe torche, le bonhomme-chevalet et le carton où ont été dessinées les ombres observées dans la cour. Comment pourrait-on utiliser ce matériel pour répondre à la question posée ? La lampe va servir de Soleil. Le bonhomme-chevalet est repositionné sur le carton, exactement comme il l’avait été au cours de la journée. A tour de rôle, les élèves manipulent la lampe en essayant de faire coïncider les ombres du bonhomme-chevalet avec celles observées et tracées au soleil.

L’enseignant profite de ces activités expérimentales pour questionner les élèves sur ce qu’ils observent : Que se passe t-il quand on monte la lampe ? Quand on la baisse ? Comment placer la lampe pour avoir une petite ombre, une grande ombre ? La classe conclut que, suivant la position de la lampe, on peut avoir une ombre petite ou grande (petite quand la lampe est presque verticale).

Défi : Pour compléter cette activité, les élèves peuvent être répartis par groupes. Chacun reçoit une lampe, un parasol en papier (utilisé pour décorer les desserts) et un petit jouet. Les élèves doivent deviner, et vérifier, dans quelle position mettre la lampe, pour que le jouet soit à l’ombre. Cet exercice est renouvelé plusieurs fois, en déplaçant le jouet.

Après cette séance, le bonhomme-chevalet et la lampe torche peuvent rester à la disposition des élèves dans l’ espace « Découverte du monde » afin de leur permettre de réinvestir leurs connaissances en manipulant librement.

1. Discussion

En s’appuyant sur l’affiche où avaient été notées (séance 2) les réponses des élèves à la question: Que se passe-t-il quand on reste longtemps au soleil ?, l’enseignant invite les élèves à se rappeler ce qu’ils ont appris, à savoir . Le soleil peut donner des coups de soleil, surtout si on reste longtemps au soleil. Certains attrapent plus de coups de soleil que d’autres et ce qu’il reste à étudier : la « force » du Soleil. Selon vous, le Soleil est-il fort (ou dangereux) toute la journée ? Comment pourrions nous le vérifier ?

La discussion avec les élèves doit conduire ces derniers à se souvenir de l’utilisation du papier UV (séance 2) et à proposer d’en exposer des morceaux à différents moments de la journée (9 h 30, 14 h, 16 h, heure légale d’été en France métropolitaine).

Mais doit absolument être abordée également, avec les grands, la question de la durée de l’exposition. Elle doit être identique, puisqu’on sait que plus le papier UV est exposé longtemps plus ils devient bleu foncé.

Il est fondamental, lors d’ une expérimentation scientifique, de ne faire varier qu’ un seul paramètre à la fois (ici, l’ heure de la journée). Tous les autres paramètres (durée de l’ exposition, orientation du support, nébulosité) doivent être identiques afin d’ être certain que les résultats constatés sont bien dus au paramètre étudié.

La durée de l’ exposition est à choisir avec soin par l’ enseignant. Une durée trop courte rend les comparaisons difficiles entre les morceaux de papier UV car les teintes de bleu sont alors trop ressemblantes. Une exposition trop longue « sature » la coloration du papier UV. Une trentaine de minutes semble un bon compromis dans les régions tempérées au printemps, une quinzaine sous les Tropiques.

Avant de mener l’expérience, les élèves émettent une hypothèse quant aux résultats qu’ils pensent trouver, en général que « le Soleil est plus fort vers midi ». Au tableau et/ou sur leur cahier, les élèves réalisent la trace écrite de leurs prévisions, par exemple, sous la forme d’un tableau de cases coloriées en bleu plus ou moins foncé.

Contrairement à ce que beaucoup pensent, cela n’ est pas forcément lorsqu’ il fait le plus chaud que le Soleil est le plus dangereux. Le principal facteur de variation de l’ intensité des UV que l’ on reçoit est en réalité la hauteur du Soleil dans le ciel. Ainsi, on peut déterminer le niveau de risque en observant les ombres.

Les risques liés aux UV (coups de soleil, cancers…) sont les plus importants autour du midi solaire (environ 14 heures, en été et en France métropolitaine), tandis que la chaleur qui peut générer insolations et/ou déshydratation, est souvent plus forte en milieu d’ après-midi. Cette distinction entre ultraviolets et température (infrarouge) n’ est pas nécessaire chez de si jeunes élèves. Nous associons ces deux notions en parlant de « force » du soleil.

2. Expérience

Selon l’âge des élèves, ces expériences peuvent être menées collectivement ou par petits groupes. Si des groupes sont constitués, chacun reçoit 3 morceaux de papier UV. Chaque morceau, fixé avec de la « patafix » sur un morceau de carton, est exposé une quinzaine de minutes au soleil vers 9 h 30, 14 h et 16 h. Les élèves ont pour mission, à tour de rôle, de les poser au soleil et de les récupérer.

Afin d’ éviter que leur teinte ne continue de varier, il est important, après les avoir bien observés, et éventuellement photographiés, de protéger le papier UV. Il peut être recouvert de sa pellicule protectrice ou placés dans une boite à chaussure ou encore recouverts d’ un linge.

En fin de journée, chaque groupe observe la couleur du papier UV. Les résultats observés sont mutualisés. Le morceaux de papier UV, exposés vers 14 h est plus foncés. Les élèves peuvent constater que leur hypothèse est vérifiée : « le Soleil est fort (ou dangereux) en milieu de journée. ».

3. Mise en commun et traces écrites

De retour dans la classe, en s’appuyant sur la trace écrite collective réalisée à la fin de la séance précédente (tracés des ombres du bonhomme-chevalet), l’enseignant revient sur la conclusion : La taille de notre ombre change au cours de la journée, elle est plus petite vers midi (grande vers 10 h, petite vers 14 h, grande vers 16 h).
Les élèves dessinent un morceau de papier UV avec la couleur correspondante (bleu clair / bleu foncé) à côté de chaque ombre : le lien peut ainsi être fait entre l’observation du papier UV et la taille des ombres. Cette mise en perspective des papiers UV et des ombres permet de conclure « Lorsque le papier UV est foncé, l’ombre est courte. Lorsqu’il est clair, l’ombre est longue. » puis de noter la conclusion finale dans le cahier d’expériences :
« Quand les ombres sont courtes, le Soleil est dangereux ».

Pour les élèves de cycle 2, l’enseignant peut proposer une fiche de compte-rendu expérimental sous la forme d’un tableau que les élèves renseignent en s’aidant de l’affiche collective.