Comment se forment les arc-en-ciels?
Fait par Laurie Dufort
Comment se forment les arc-en-ciels?
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Cahier de l'élève
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Nom de l'élève :
Date :
Comment se forment les arc-en-ciels?
Question
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Comment se forment les arc-en-ciels?
Idées initiales et hypothèses
Image...Dessine ton modèle initial. Tu peux utiliser des mots ou des dessins pour expliquer comment tu penses que les arc-en-ciels se forment.
| Cr1 Description adéquate du problème. Une hypothèse doit inclure une justification | Formulation d'une explication ou d'une solution provisoire |
Planification
Image...Matériel
- Un prisme Trichoic
- Une source de lumière blanche
- Une source de lumière d'une autre couleur (jaune, bleu...)
- Un mouchoir
- Un morceau de pellicule transparente (type saran wrap)
- Une loupe
Ce que tu dois faire
- Ton défi aujourd'hui: utilise le matériel à ta disposition pour essayer de recréer un arc-en-ciel dans la classe en essayant différentes combinaisons.
- Par exemple: source de lumière blanche à travers un mouchoir.
Réalisation
Image...Ce que je découvre: notes les observations suite à l'exploration du matériel.
Quelles combinaisons ont permis de recrééer un arc-en-ciel? Coches celles qui ont fonctionné. ?
Combinaison de matériel | Oui | Non |
Mouchoir + lumière blanche | ||
Mouchoir + lumière de couleur | ||
Pellicule transparente + lumière blanche | ||
Pellicule transparente+ lumière de couleur | ||
Loupe + lumière blanche | ||
Loupe + Lumière de couleur | ||
Prisme + lumière blanche | ||
Prisme + lumière de couleur |
Utilise des dessins ou des mots pour expliquer tes observations.
Bilan
Image...Affirmation (cela doit répondre à notre question d'investigation: comment se forment les arc-en-ciels?)
Je pense que...
Preuves (ce sont les résultats de ton investigation qui supportent ton affirmation)
Je pense que ... parce que j'ai vu/testé...
Raisonnement (ceci est l'idée scientifique qui nous aide à expliquer pourquoi nos résultats sont considérés comme des preuves valides)
Cahier de l'enseignant
Comment se forment les arc-en-ciels?
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Cette leçon s'adresse à des élèves de 5e année du primaire (1ère année, 3e cycle). Les élèves ont entre 10 et 11 ans. La leçon sera présentée aux élèves au mois d'avril, lorsque le printemps arrive. Avant d'effectuer cette leçon, les élèves devront avoir acquis le vocabulaire scientifique nécessaire, le comprendre et l'utiliser afin d'effectuer une investigation. Par exemple, définir ce qu'est une observation, une hypothèse, une affirmation, une preuve et un modèle. Les élèves auront déjà eu la chance de manipuler divers objets, par exemple des lentilles ou des miroirs, pour voir comment la lumière réagit aux surfaces (propriétés de la lumière). La présente activité fait partie d'une unité sur la lumière blanche. La prochaine étape de cette unité serait d'étudier comment se forment les arc-en-ciels. Les élèves pourront se familiariser avec le spectre de la lumière et comment la lumière blanche peut être divisée en plusieurs autre couleurs. Ainsi, nous utiliserons le phénomène des arc-en-ciels pour amener le sujet.
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À la fin de la leçon, les élèves devront avoir compris les éléments suivants:
Question d'apprentissage: Comment se forment les arc-en-ciels?
Phénomène observé: Quelle est le lien entre la formation des arc-en-ciels et le spectre de la lumière?
Objectif d'apprentissage: À la fin de la leçon, les élèves vont comprendre que l'arc-en-ciel est un phénomène naturel issu de la décomposition de la lumière blanche en différentes couleurs par un objet donné (goutte d'eau, prisme). De plus, les élèves devraient être capable de formuler l'explication suivante:
Affirmation: Je pense que pour que la lumière blanche se décompose en plusieurs couleurs (celles de l'arc-en-ciel), elle doit passer par un objet qui agit comme un prisme qui sépare la lumière.
Preuve:
- Je pense cela car quand nous avons passé une lumière blanche sur le prisme, nous avons vu que la lumière se divise en plusieurs couleurs.
- Je pense cela car un arc-en-ciel est apparu seulement au moment où l'eau est sortie du boyau, alors qu'il faisait soleil(dans la vidéo du boyau d'arrosage). Dans ce cas, les gouttes d'eau agissent comme un prisme et le soleil est la source de lumière.
- Je pense cela parce que lorsque la lumière a traversé le mouchoir, il n'y a pas eu d'arc-en-ciel.
Raisonnement:
- L'idée scientifique ou le principe qui m'aide à expliquer le phénomène des arc-en-ciels est la décomposition de la lumière blanche, étudiée par Newton au 17e siècle. Newton a assumé que la lumière blanche est en fait un regroupement de toutes les couleurs que l'on peut discerner à l'oeil nu, donc toutes les couleurs du spectre. À l'inverse, la lumière blanche peut donc se décomposer. Newton avait fait l'Expérience avec le prisme pour tenter d'expliquer le phénomène. Donc, l'arc-en-ciel est crée grâce à la réfraction de la lumière du Soleil à travers les gouttes d'eau qui agissent comme le prisme.
- Cela aide à expliquer mes preuves, qui supportent mon affirmation, parce que Newton a lui aussi fait des tests de lumière à travers une feuille de papier, avec sa main, et ensuite avec le prisme (dans lequel la lumière blanche se transforme en rayon multicolore).
- Je crois que mon expérience à du sens, parce que j'ai pu créer un semblant d'arc-en-ciel avec un prisme, j'ai vu un arc-en-ciel sortant du boyau d'arrosage et je n'ai pas pu en créer un à travers le mouchoir.
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100 minutes, divisé en 4 blocs pendant une semaine.
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- Le spectre de la lumière: divisé en sept couleurs différentes.
- La réfraction de la lumière: à travers des surfaces.
- La lumière naturelle: initialement blanche, puis séparée ensuite.
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- Un prisme Trichoic
- Une source de lumière blanche
- Une source de lumière d'une autre couleur (jaune, bleu...)
- Un mouchoir
- Un morceau de pellicule transparente
- Une loupe
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Suite au visionnement d'un vidéo montrant un boyau d'arrosage créant un arc-en-ciel et à leur expérience et observations personnelles, les élèves émettront leurs idées initiales par rapport au phénomène. Cependant, quelques-unes d'entre elles sont parfois issues d'une conception naïve. Les voici:
- Les gouttes d'eau agissent comme des miroirs: le miroir est l'exemple d'objet qui réfléchit la lumière le plus souvent présenté. Dans le contexte de l'arc-en-ciel, les gouttes d'eau ne sont pas des miroirs, car la lumière traverse les gouttes d'eau et est ensuite divisée. Donc les élèves doivent comprendre que tous les objets visibles qui n'émettent pas de lumière réfléchissent la lumière.
- Les arc-en-ciels émettent de la lumière: un lien direct est établi entre la présence de lumière et l'émission de lumière. Les élèves doivent comprendre que la source de lumière qui permet de créer les arc-en-ciel est le soleil. Donc, l'arc-en-ciel est dû à la réfraction de la lumière plutôt que d'être une source lumineuse elle-même.
- Plus il fait chaud à l'extérieur, plus il y aura de couleurs différentes dans l'arc-en-ciel: l'élève confond deux formes d'énergies différentes. Les élèves doivent comprendre que le phénomène n'est pas relié à la température extérieure mais bien aux conditions météorologiques et de la source de lumière qui se décompose.
- Les arc-en-ciels sont un phénomène relié au hasard: les arc-en-ciels apparaissent dans le ciel quand il pleut et qu'il y a un peu de soleil. Les élèves doivent comprendre que les arc-en-ciels se produisent lorsqu'il y a des conditions spécifiques en place.
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Ce que l'enseignant fait et dit
- L'enseignant introduit le phénomène en montrant aux élèves une image d'un paysage de ciel avec un arc-en-ciel visible. Il demande aux élèves d'observer attentivement l'image. Il leur donne du temps pour réfléchir individuellement. L'enseignant questionne les élèves: qu'est-ce que tu vois sur la photo?
- L'enseignant stimule la réflexion et la discussion chez les élèves par rapport à ce qu'ils ont vu sur l'image. Ceci permet d'éliciter les idées préalables des élèves. Est-ce que tu as déjà vu un arc-en-ciel? Qu'est-ce qui se passait à l'extérieur lorsque tu as vu le phénomène? À quoi tu penses lorsque tu vois un arc-en-ciel? Est-ce qu'il y a d'autres questions qui te viennent en tête?
- L'enseignant rappelle à l'élève le concept de la lumière. Il révise les connaissances acquises précédemment. On établit un lien clair entre le concept de la lumière et les manipulations faites avec les lentilles et les miroirs (exemple, la réaction avec les surfaces). Est-ce que tu penses qu'il y a un lien entre la lumière et les arc-en-ciels? (Aux autres élèves) Êtes-vous d'accord? Pourquoi? Est-ce que quelqu'un à quelque chose à rajouter?
- L'enseignant pose la question d'investigation: comment se forment les arc-en-ciels? L'enseignant laisse du temps à l'élève (individuellement) pour penser, écrire ses idées et faire son dessin de départ dans le cahier de l'élève. L'enseignant circule dans la classe et pose des questions pour l'aider. Pourquoi tu penses cela? Peux-tu m'en dire plus? Explique ce que tu viens de dessiner.
- Les élèves se mettent en groupe de deux pour discuter de leurs idées.
- L'enseignant revient en grand groupe. Il demande à certains élèves de partager leur idée de départ qu'ils ont écrit dans le cahier de l'élève. Il demande à d'autres élèves s'ils sont d'accord. Si oui ou non, pourquoi? Quel est son raisonnement? Est-ce que quelqu'un d'autre peut reformuler ce qu'on vient d'entendre?
- L'enseignant annonce aux élèves qu'ils vont avoir la chance de tester leurs idées en essayant de recréer un arc-en-ciel dans la classe.
Ce que l'élève fait et dit
- Les élèves regardent la photo et commencent à réfléchir au phénomène des arc-en-ciels.
- L'élève partage son expérience lorsqu'il a remarqué un arc-en-ciel dans le ciel. Il mentionne les conditions extérieures et explique d'autres idées qu'il a eues ou remarques qu'il a faites. Il exprime ses questions supplémentaires.
- L'élève discute de ce qu'il se souvient de cette leçon précédente. Il explique ses idées.
- L'élève émet ses idées initiales et son premier modèle. Il explique ses idées et sa réflexion à l'enseignant lorsqu'on lui pose une question.
- Les élèves notent leur modèle initial dans le cahier de l'élève.
- L'élève discute avec son coéquipier de son modèle.
- Les élèves partagent certaines de leurs idées au groupe. D'autres élèves peuvent être en accord ou en désaccord et d'expliquer leur raisonnement.
- Les élèves écoutent et se préparent à effectuer l'activité.
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Ce que l'enseignant fait et dit:
- L'enseignant explique l'activité aux élèves. Il leur explique qu'ils auront accès à une grande quantité de matériel pour tester leurs idées. Il leur montre le prisme , la loupe, le morceau de papier, etc. ainsi que les sources de lumière. L'enseignant explique aux élèves qu'ils devront essayer diverses combinaisons de matériel et de lumière pour tenter de recréer un arc-en-ciel.
- Il est important pour l'enseignant de s'assurer que les élèves savent ce qu'ils doivent faire et reste engagés avec la tâche.
- L'enseignant aide les élèves à se mettre en équipe de deux.
- L'enseignant distribue le matériel aux élèves. Chaque paire d'élève aura un "kit" avec les deux sources de lumière, un prisme, une loupe, un mouchoir et un morceau de pellicule transparente.
- L'enseignant circule dans la classe pendant toute la durée de l'activité. Il pose des questions qui stimuleront la discussion, la compréhension et les idées des élèves. Peux-tu m'expliquer ce que tu es en train de faire? Est-ce que ça semble fonctionner? Pourquoi? (En s'adressant à l'autre coéquipier) Es-tu d'accord avec ce que ton partenaire fait? Avez-vous essayé avec cette combinaison-là? Dis-moi ce que tu penses.
Ce que l'élève fait et dit:
- Les élèves écoutent attentivement.
- Les élèves se trouvent un coéquipier.
- Les élèves explorent le concept en utilisant le matériel qui leur a été distribué. Chaque paire d'élèves reçoit tout le matériel nécessaire et se met à un bureau pour travailler.
- Tous les élèves ont chacun leur cahier à remplir.
- Avec le matériel, ils essayent les différentes combinaisons possibles et font des essais-erreurs.
- Ils notent les observations et leurs idées dans leur cahier de l'élève, dessinent ce qu'ils voient, etc.
- Ils discutent avec leur partenaire de leurs observations et tentent de les expliquer.
- Les élèves terminent de remplir leur cahier et retournent s'asseoir à leur bureau.
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Ce que l'enseignant fait et dit:
- L'enseignant rappelle tout le monde à sa place. Il commence une discussion en grand groupe pour discuter des observations faites lors de l'expériences, des données recueillies et des nouvelles idées des élèves.
- L'enseignant reproduit le tableau de recueil des données présenté dans le cahier de l'élève sur le tableau interactif.
- L'enseignant demande aux équipes de venir faire un "X" dans chaque case de combinaisons différentes (selon celle qui ont recréé un arc-en-ciel ou non). Explique-moi tes observations. Qu'est-ce qui te faire dire cela? Pourquoi tu penses que cette combinaison a fonctionné (ou pas)? Ceci constitue le partage de modèles.
- L'enseignant demande aux élèves: avez-vous obtenu un modèle qui diffère des résultats du tableau? Êtes-vous en accord ou en désaccord avec les autres? Si vous êtes en désaccord, expliquez-moi pourquoi? Les élèves peuvent venir au tableau interactif pour dessiner leur modèle et ainsi mieux expliquer leur pensée. Ils tentent d'expliquer le phénomène à l'étude.
- Une fois que tout le monde est d'accord et qu'on arrive à un consensus sur le modèle, on continue le processus.
- L'enseignant révise les affirmations, preuves et raisonnements des élèves en grand groupe.
- L'enseignant révise ce que les élèves ont appris: ils ont compris que l'arc-en-ciel est un phénomène naturel issu de la décomposition de la lumière blanche en différentes couleurs par un objet donné (goutte d'eau, prisme).
- L'enseignant invite les élèves à remplir la dernière section de leur cahier avec les apprentissages réalisés lors de l'activité.
- L'enseignant questionne les élèves sur l'application de leurs apprentissages à d'autres concepts. Il montre aux élèves une vidéo d'un arc-en-ciel crée avec le boyau d'arrosage. L'enseignant pose les questions suivantes: suite à ce que nous avons vu aujourd'hui, comment explique-t-on la création de l'arc-en-ciel avec le boyau d'arrosage et la lumière du Soleil? Quels liens pouvez-vous faire entre ces deux situations? Quelles sont les conditions requises pour créer un arc-en-ciel?
Ce que l'élève fait et dit:
- Les élèves partagent leurs observations.
- Les élèves viennent remplir le tableau de données au devant de la classe.
- Les élèves répondent aux questions de l'enseignant afin de faire avancer leur réflexion.
- Les élèves répondent aux questions en grand groupe et expliquent leur raisonnement scientifique.
- Les élèves viennent au tableau, si besoin, pour dessiner leur modèle.
- Les élèves révisent mentalement leur modèle initial suite à la discussion avec la classe.
- Les élèves complètent leurs affirmations, leurs preuves et leurs raisonnements dans leur cahier.
- Les élèves révisent leur modèle initial (dessin) à l'aide de leurs apprentissages lors de la leçon.
- Les élèves expliquent leur raisonnement et tentent de créer des liens entre les deux situations. Ils utilisent leurs acquis de l'activité pour expliquer une autre manifestation du phénomène.
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L'univers matériel
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Ressources pour l'enseigant?
- Concepts du gourvernment: https://www.edu.gov.mb.ca/m12/frpub/ped/sn/dmo_4e/docs/lumiere.pdf?fbclid=IwAR1_toBHyb9T6kEgNMId2ca_OYyMcRlS3jJahz5nmMZhlaeKAaJ5W3UH4-g
Ressources pour l'élève
- Arc-en-ciel avec un prisme https://www.youtube.com/watch?v=GbZ1GSlBDGY&feature=youtu.be
- Arc-en-ciel avec un boyau d'arrosage https://www.youtube.com/watch?v=UUZXVJfLOGE
Évaluations
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