et occupation des milieux de vie

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1 Partie 1 Respiration et occupation des milieux de vie Y Cette partie doit permettre à l élève de rendre compte objectivement de faits d observation et ne doit pas faire l objet de recherche d explications complexes, notamment sur les modalités de la fonction respiratoire chez les animaux. Il s agit principalement : - d identifier les principales caractéristiques du fait respiratoire (double échange entre l organisme et son milieu de vie) - de préciser l organisation des principaux types d échangeurs respiratoires rencontrés chez les animaux - d établir les relations existant entre la respiration et l occupation des milieux de vie - de montrer que les conditions de respiration, et donc la répartition dans les milieux de vie, peut dépendre de l influence des activités humaines Dans un cadre éducatif, il convient de préparer les élèves à adopter une attitude raisonnée et responsable vis-à-vis des composantes de leur cadre de vie, en cohérence avec le projet d éducation à l environnement vers le développement durable. Par exemple, les prélèvements effectués dans le milieu de vie doivent permettre de préserver la biodiversité du milieu. Y Trois chapitres sont donc proposés dans ce cadre : le premier conduit à préciser ce qui permet d identifier la respiration d un être vivant dans son milieu de vie CHAPITRE 1 : Respirer : des échanges avec le milieu de vie le deuxième cherche à établir les modalités de la respiration de quelques animaux, en précisant l organisation et la localisation de leur échangeur respiratoire CHAPITRE 2 : Respirer dans différents milieux de vie le troisième établit la relation existant entre les conditions de respiration et l occupation des milieux de vie par les êtres vivants CHAPITRE 3 : Conditions de respirations et occupation des milieux de vie Y Cette partie de programme peut être abordée en début, ou encore en fin d année, lorsque les conditions climatiques sont compatibles avec des observations dans les milieux de vie, si l enseignant souhaite accompagner son enseignement d un travail sur le terrain. Abordée dès le début d année, cette partie pourra apparaître comme une transition aisée avec le programme de 6 e orientée vers l étude de l environnement proche 17

2 Ressources pour le professeur et pour la classe Ouvrages généraux Physiologie animale, Physiologie des animaux Si besoin est, l enseignant trouvera plusieurs ouvrages de référence sur la fonction respiratoire des animaux en relation avec leur milieu de vie. Ces ouvrages sont présents chez différents éditeurs scientifiques (publications universitaires) : De Boeck, Dunod, Nathan Université Manuel pratique d Ecologie, 1984, W. Matthey & coll., Ed. Payot, Lausanne Toujours disponible en bibliothèque, cet ouvrage reste une référence en matière d étude de milieu avec notamment des clés de détermination extrêmement précises et faciles à simplifier, si nécessaire. Publications pédagogiques Guide pratique classe de 5 e, CRDP de Lorraine Même si cet ouvrage a été écrit dans le cadre de la mise en œuvre du programme de 1997, de nombreuses suggestions pédagogiques restent d actualité. Liens avec le CM2 Sciences, cycle 3, D. Pommier et G. Simonin, Magnard

3 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie Manuel élève : p. 11 à 24 Programme officiel (application rentrée 2006) Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines. Ce chapitre prend sa place dans la partie «Respiration et occupation des milieux de vie», à laquelle 8 semaines peuvent être consacrées. Notions - contenus Compétences Exemples d activités Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone. [École primaire : fiche 13, cycle 2 et 3] [Physique-Chimie : air, 4 e ] Reconnaître qu un être vivant respire par l existence de l absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone dans le milieu. Mettre en évidence l absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone par un être vivant. Ra/Re conception et réalisation d expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) pour mettre en évidence la consommation de dioxygène par un être vivant. Ra/Re mise en évidence à l aide du test de l eau de chaux du rejet de dioxyde de carbone pour un être vivant. Thème général Ce chapitre (voir la progression proposée pour cette partie dans les pages précédentes) correspond au premier item du programme : Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone. Objectifs de connaissances Intentions générales À l échelle d un organisme, la respiration se traduit par un échange de dioxygène et de dioxyde de carbone avec le milieu de vie. Ce double échange, réalisé en permanence, peut être observé, mesuré. Une telle manifestation de la respiration peut être établie pour la plupart des êtres vivants («tous» au niveau de la classe de 5 e ), quel que soit leur milieu de vie, aérien ou aquatique. Cohérence verticale Les instructions soulignent notamment qu il «s agit d établir l unité de la respiration» (réaliser un double échange d O 2 et de CO 2 avec son milieu environnant). On notera, dans le cadre de la cohérence verticale, deux remarques vers l École élémentaire (fiche 13 des cycles 2 et 3) et vers la Physique-Chimie, classe de 4 e (air). La fiche 13 citée appartient aux Documents d application de programmes, fiches de connaissances cycles 2 et 3 de l enseignement primaire, produits par la Desco et diffusé par le CNDP (octobre 2002). Cette fiche est relative à la nutrition animale et humaine, respiration et circulation. On notera à ce propos que la plupart des connaissances exigibles au niveau de ces classes sont reprises pour la 5 e! La respiration y apparaît également comme une manifestation de la vie. On comprendra donc que la nouveauté est, en classe de 5 e, essentiellement d ordre méthodologique : l élève pourra, au travers d observations et d expériences simples, mieux appréhender le double échange de gaz entre l animal ou le végétal et son milieu de vie. Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 19

4 Remarque : La référence à l enseignement de l air (composition atmosphérique) en classe de 4 e en Physique-Chimie n est pas un réel problème puisqu il ne s agit là que d un approfondissement, ces données étant abordées, succinctement, au Primaire : «l air est composé principalement de diazote (4/5) et de dioxygène (1/5) auxquels on doit ajouter quelques autres gaz en très faible quantité». Les notions de solution, de mélange eau/gaz, de dissolution peuvent avoir été appréhendées et sont au programme de Physique-Chimie, en classe de 5 e. C est dans ce cadre qu un rappel concernant la composition de l air, indispensable à la réalisation de cet item, a été proposé dans la page «Pour prendre un bon départ», placée dans le manuel de l élève en tout début de partie (p. 10). Objectifs méthodologiques Ce chapitre se prête facilement à la mise en place des étapes de la démarche expérimentale : établissement d une hypothèse à partir de données simples (constats ) ; recherche d une validation ou d une infirmation de l hypothèse par la mise en œuvre d une expérience ; compréhension d un dispositif expérimental ; mise en œuvre, voire conception d un protocole ; saisie de résultats et exploitation critique (mise en relation avec les hypothèses initiales ). Cette première approche sera confortée dans les chapitres suivants (chapitres 2 et 3) et progressivement réinvestie et validée dans les autres parties du programme. À ce stade, il s agit plutôt d insister, auprès des élèves, sur les étapes de cette démarche qu ils devront récupérer et en comprendre l intérêt. On vérifiera donc qu au terme de ce chapitre, les termes associés à cette démarche (hypothèse, ) sont compris. S informer saisir des informations à partir de résultats expérimentaux (photographies, tableaux) Réaliser mettre en œuvre un protocole expérimental Communiquer rédiger une conclusion Raisonner mettre en relation des données exploiter des résultats expérimentaux critiquer des résultats expérimentaux Découpage du chapitre : progression et programmation horaire Les objectifs du chapitre étant de mettre en évidence des échanges de dioxygène et de dioxyde de carbone avec le milieu extérieur à l organisme, deux activités ont été retenues : la première (Exploitation de documents) est organisée sur une démonstration expérimentale, non réalisée par les élèves ni devant les élèves, des signes permettant de conclure à la respiration d un organisme donné, ici un être vivant respirant dans l air ; la seconde (Réalisation pratique) précise comment on peut mettre en évidence, en classe, qu un organisme respire dans l eau. Ces compétences peuvent être acquises à partir de certaines approches expérimentales mobilisant l ExAO pour le dioxygène et des tests chimiques simples (eau de chaux, rouge de crésol ) pour le dioxyde de carbone. 20 Respirer : des échanges avec le milieu de vie Chapitre 1

5 Séquences Mise en route (0h15) Activité 1 (1h15) Activité 2 (1h15) + Bilan (0h15) Objectifs Repérer de possibles lieux d échanges entre un organisme et son milieu de vie Initier l élève aux étapes de la démarche expérimentale Appliquer à un exemple simple les notions acquises sur la démarche expérimentale Compétences mises en œuvre saisir des informations saisir et mettre en relation des informations avec un problème scientifique comprendre et mettre en œuvre un protocole expérimental mettre en relation un résultat avec une hypothèse Supports proposés photographies (et croquis d aide à la lecture) guide d étude expérimentale schéma de matériel utilisé photographies et tableau de résultats guide d étude expérimentale schémas de matériel utilisé photographies et tableaux de résultats Notions construites la respiration peut être identifiée comme un double échange de dioxygène (prélèvement) et de dioxyde de carbone (rejet) avec le milieu de vie voir activité 1 (notion appliquée à un milieu de vie aquatique) Supports pédagogiques utiles Multimédia Cassettes VHS ou DVD : - Respiration et occupation des milieux (VHS ou DVD, Jeulin) ; - Milieu de vie et répartition des êtres vivants (VHS, Pierron) ; - La respiration du criquet (VHS, Pierron) ; - La respiration de la grenouille (VHS, Pierron) ; - Découvre la vie (approche par milieu, CD-Rom, PIerron). Transparents Magnard, classe de 5 e (2006) Informatique Tous les constructeurs et/ou distributeurs (Jeulin, Pierron, Sordalab ) proposent du matériel d ExAO fixe ou portable adapté à l enseignement en Collège. Ce matériel permet une lecture directe des mesures (affichage digital) ou leur enregistrement en fonction du temps (lecture graphique). Matériel scientifique Petit bocal avec couvercle pour mise en place d un oxymètre ou d une sonde à dioxygène, oxymètre ou sonde à dioxygène reliée à un système ExAO, solution de rouge crésol ou tout autre indicateur coloré sensible aux réactions d oxydo-réduction, seringue. Sont disponibles sur le marché des sondes simples à utiliser (air ou air/eau) et robustes, pour le dioxygène et aujourd hui, le dioxyde de carbone. Matériel vivant Poisson rouge, écrevisse, et tout autre animal vivant en milieu aquatique, non soumis à réglementation. Sécurité et réglementation L utilisation d animaux vivants pour des séquences pédagogiques est réglementée. Pour des raisons de respect de l animal en général et de la faune sauvage en particulier, mais également d hygiène : les prélèvements d animaux «dans la nature» sont limités ; les conditions d élevage sont strictes ; les manipulations intégrant des êtres vivants sont très encadrées. Dans ce cadre réglementaire, les manipulations présentées dans le manuel ne peuvent pas toujours être effectuées en situation de classe, donc devant des élèves. S il est tout à fait possible d observer et d évaluer les échanges respiratoires entre un poisson et l eau d un bocal, la transposition avec un petit vertébré aérien grenouille ou petit mammifère n est guère possible (animal protégé, élevage interdit au laboratoire ou soumis à des conditions très strictes, manipulations interdites devant des élèves ) : pour ces raisons, l activité 1 (Reconnaître qu un être vivant respire dans l air) est donc une activité organisée autour d une exploitation documentaire ; par contre, l activité 2 (Montrer qu un être Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 21

6 vivant respire dans l eau) permet des observations et une manipulation sur le réel, qui peuvent être effectuées par les élèves ou devant les élèves : elle est donc l occasion d une «Réalisation pratique». Pour plus amples informations, on se réfèrera à la brochure diffusée par la Desco et au site internet associé. Liens utiles transparents Magnard (SVT 5 e ) : transparents 1 et 2 internet : Aide à la mise en œuvre des activités Page d ouverture du chapitre Page 11 Photographie : Une loutre remonte à la surface après une période d immersion. Ses narines sont largement ouvertes, suggérant un échange avec l air du milieu extérieur. Ce document, simple dans sa lecture et faisant appel à des connaissances générales des élèves (programme de l École élémentaire, émissions télévisées sur la faune ou l environnement), peut être facilement mis en relation avec les objectifs du chapitre, clairement exprimés en bas de page : Montrer qu un être vivant respire, c est mettre en évidence qu il réalise en permanence des échanges avec son environnement identifier les substances qui sont échangées La formulation de ces objectifs ne dévoile donc pas les résultats de l étude (prélèvement de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone) mais oriente clairement le travail à effectuer. Observer pour s interroger Pages Document a : Photographies d une grenouille dans son milieu de vie. Lorsque l animal est émergé, les narines s ouvrent puis se ferment de façon périodique, suggérant des phases d inspiration/expiration que connaissent les élèves (connaissances générales et acquis de l École élémentaire). Le dessin accompagnant les clichés permet d orienter l observation des élèves. Document b : Photographie de tortues marines échouées sur une plage de l Atlantique. Ce spectacle de vertébrés à mode de respiration aérien (tortue, dauphins ), «noyés» lorsqu ils sont prisonniers de filets de pêche (notamment les filets dérivants), permet d aborder un paradoxe : comment un animal marin ou aquatique peut-il mourir noyé? La légende apporte des informations : nature de la mort de l animal : par noyade, c est-à-dire introduction d eau dans les poumons (le terme pourra être discuté avec les élèves, sa définition recherchée dans un dictionnaire ), animal prisonnier de filets l empêchant de remonter à la surface pour renouveler sa provision d air. Document c : Photographie d un criquet dans son milieu de vie (posé sur un brin d herbe). Une observation attentive, encouragée par la légende, permet de repérer sur les côtés de l animal de petits orifices en contact avec l air du milieu extérieur. Le rapprochement avec les informations apportées par le document 1 permet d envisager des échanges (hypothèse qui reste très largement à vérifier!). Document d : Ouvertures et fermetures d orifices au contact du milieu de vie : bouche et ouïes, associées à des mouvements de la bouche et des opercules chez un poisson d eau douce. Ces ouvertures/fermetures suggèrent ici encore de probables échanges entre l animal et son milieu de vie (l eau). Document e : Photographie d une palourde à moitié enfouie dans le sable : de sa coquille légèrement ouverte, deux longs tubes (siphons) terminés par des orifices ouverts suggèrent ici encore des échanges avec le milieu de vie (échanges d eau dans ce cas). Au terme de ces observations, l élève a validé l idée que de nombreux êtres vivants réalisent ou sont susceptibles de réaliser des échanges avec leur milieu de vie. Il reste à démontrer que ces échanges sont réels, et que ce sont des échanges respiratoires, c est-à-dire une entrée de dioxygène et une sortie de dioxyde de carbone (double échange). 22 Respirer : des échanges avec le milieu de vie Chapitre 1

7 Activité 1 - Respirer dans l air Pages Objectifs / Intentions pédagogiques Il s agit ici d aborder l item : reconnaître qu un être vivant respire par l existence de l absorption de dioxygène et le rejet de dioxyde de carbone dans le milieu. L approche retenue est centrée sur l exemple d un animal pouvant respirer en milieu aérien, la grenouille. La manipulation sur cet animal vivant à des fins expérimentales étant fortement réglementée, les auteurs proposent non pas une activité directement réalisable par les élèves mais une exploitation de documents. Une ouverture à quelques autres organismes (animaux et végétaux) est envisagée (document 3). Cette activité permettra d appréhender quelques aspects et étapes de la démarche expérimentale qui pourront être réintroduits et appliqués dans l activité suivante (Réalisation pratique). Commentaires des documents proposés Document 1 : Une expérience. La démarche est clairement affichée : un constat, permettant de formuler une hypothèse et orientant vers la mise en œuvre d une manipulation dont le principe est présenté, comme le matériel utilisé. Le rappel du vocabulaire associé à cette démarche (hypothèse ) est effectué. Document 2 : Le dispositif expérimental. La photographie du dispositif permet aux élèves de mieux comprendre le montage réalisé et l intérêt du matériel utilisé. C est également l occasion de préciser l importance du témoin. Document 3 : Des exemples de résultats. Si ces résultats reprennent le cas de la grenouille, ils sont élargis aux exemples de différents organismes «respirant» dans l air. On notera qu aucune mention aux végétaux chlorophylliens n est faite. Cette notion sera reprise et expliquée dans l activité 2 du chapitre 3. Corrections des pistes de travail 1. On cherche à montrer, en comparant la composition de l air prélevé à celle de l air rejeté, qu un être vivant en milieu aérien prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone, ce qui fonde l idée d un échange de gaz entre milieu de vie et être vivant, donc d une respiration. 2. Il y a 2,5 % de dioxygène en plus en début d expérience dans l air du bocal, qu en fin d expérience. Le résultat est inverse pour le dioxyde de carbone (simples données qualitatives vu le protocole suivi : présence pour absence ). 3. Ce résultat valide l hypothèse formulée. 4. L expérience sans grenouille dans le bocal est le témoin, qui, par comparaison avec les résultats obtenus, permet de valider la réponse. 5. Dans l air, la respiration d un être vivant peut être identifiée par la réalisation d un double échange «gazeux» entre l organisme et son milieu de vie. Prolongements possibles, réflexions... On peut remplacer l utilisation d une console ExAO par celle d un oxymètre numérique, manuel. La lecture des résultats est présentée ici sous une forme ponctuelle (début, fin de l expérience sur une durée déterminée). L enregistrement en continu n a pas été privilégié ici, car il placerait l élève devant la validation d une autre compétence (lecture d un graphique), alors qu on souhaite davantage orienter le travail sur une maîtrise de la démarche expérimentale et de ses étapes. L utilisation de respiromètres volumétriques a été écartée ici, la compréhension des mécanismes et la lecture des résultats semblant beaucoup plus difficiles à ce stade. On pourra cependant exploiter ces montages en proposant l exercice 5 de la rubrique Pour approfondir Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 23

8 Activité 2 - Montrer qu un être vivant respire dans l eau Pages Objectifs/Intentions pédagogiques On propose ici de faire appréhender par les élèves, expérimentalement, qu un être vivant en milieu aquatique respire c est-à-dire prélève du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone dans l eau. Ils pourront alors mobiliser les acquis de l activité précédente, tant sur le plan notionnel que sur le plan méthodologique, et ce sur un matériel «vivant» dont l utilisation en classe est autorisée (dans le cadre de l étude envisagée). Cette approche, établie sur l exemple d un poisson d eau douce, pourra être élargie à d autres êtres vivant en milieu aquatique. Commentaires des documents proposés Document 1 : Principe de l expérience. L élève sait (objectif affiché en tête de page) qu il s agit d une démonstration pratique, expérimentale. Le titre indique clairement cette option en indiquant qu on s intéresse ici immédiatement au principe de l expérience, dont l hypothèse fondatrice est rappelée. Le matériel utilisé met l accent sur le changement de dispositif concernant le repérage d un possible rejet de dioxyde de carbone, le test de l eau de chaux ne pouvant être réalisé sur une eau dans laquelle évolue l animal (poisson). Document 2 : Exemples de résultats. Ces résultats, auxquels sont associés les éléments de protocoles suivis pour les obtenir, sont fournis en deux temps : résultats obtenus pour le poisson, élargissement à d autres êtres vivants aquatiques. La référence à un témoin est précisée dans le tableau de résultats (2c). Corrections des pistes de travail 1. Le bocal rempli d eau est un milieu de vie pour l animal, mais également un milieu dans lequel sont évaluées les quantités de dioxygène ou la présence de dioxyde de carbone. L oxymètre permet de connaître ces quantités de dioxygène dans l eau. La seringue permet le prélèvement d une petite quantité d eau dans laquelle on recherche, par le possible changement de couleur du rouge de crésol, la présence de dioxyde de carbone. Le dispositif n indique pas de témoin : pour l obtenir, le montage et les mesures doivent être effectués initialement, sans être vivant. 2. Sur la durée de l expérience, la quantité de dioxygène présente dans l eau du bocal diminue, alors que du dioxyde de carbone y apparaît. 3. La respiration d un être vivant dans l eau peut être établie si l on peut y enregistrer un prélèvement de dioxygène et un rejet de dioxyde par cet organisme. 4. Le résultat obtenu valide l hypothèse formulée initialement. Schéma bilan Page 19 Le schéma bilan proposé en page 19 établit que, quel que soit le milieu de vie, l être vivant réalise avec son milieu de vie un double échange : prélèvement de dioxygène et rejet de dioxyde de carbone. Il s agit ici d une présentation qui insiste sur la construction du schéma bilan, dont la véritable représentation est placée à droite. Sur la gauche, la représentation figurative rappelle aux élèves les résultats de l étude. Ils peuvent alors, par la représentation schématique présentée à droite, mieux saisir ce qui fonde l unité de la fonction respiratoire. Ce mode de représentation, permettant de passer du figuratif, qui mobilise facilement les acquis, au schématique, que l on peut refaire soi-même et plus facilement apprendre et ré-utiliser, a été retenu pour tous les autres schémas bilan du manuel. 24 Respirer : des échanges avec le milieu de vie Chapitre 1

9 Sciences Mag Pages Ces pages ont été conçues et écrites pour permettre une utilisation totalement autonome par les élèves. Elles sont là pour éveiller leur curiosité, les inciter à prolonger l étude par des recherches plus personnelles, à effectuer de petites manipulations, à établir des liens avec d autres disciplines. Pour ce premier chapitre, deux thèmes sont proposés : - un thème d histoire des sciences (point d histoire) situant le contexte de la découverte de la composition de l air ; - un thème pratique et transdisciplinaire (biologie en pratique) en relation avec le programme de chimie de la classe de 5 e (étude des mélanges). Correction des exercices Les exercices de la rubrique «Pour apprendre sa leçon» sont corrigés en fin du manuel de l élève. 1 2 Correction dans le manuel de l élève, p. 192 Le dispositif expérimental doit réunir un montage avec animal et un montage témoin, sans animal (voir schéma 2 p. 15) La quantité de dioxygène présent dans l eau diminue (baisse de 1,6 mg/l). 2. Ce résultat est insuffisant pour parler de respiration : il faut montrer qu il y a un rejet synchrone de CO Le test de l eau de chaux indique qu il y a, a priori, rejet de dioxyde de carbone : il y a donc respiration du triton dans l eau de l aquarium. 4. Il faudrait en effet disposer d un témoin (aquarium sans triton avec test de l eau de chaux négatif) pour conclure à une respiration aquatique du triton : il faudrait donc prévoir une réaction témoin. 1. On cherche à montrer qu un poisson prélève dans son milieu de vie (l eau du bocal) du dioxygène. 2. La schématisation (bocal avec ou sans poisson, bocal rempli d eau, capteur de dioxygène plongeant dans l eau ) permet de vérifier si l élève tient compte des informations de l énoncé, et d elles seules. 3. Le montage B est un montage témoin : il montre que sans poisson, la composition de l eau en dioxygène ne varie pas. Ce qui indique que le poisson peut être considéré comme l élément responsable du prélèvement de dioxygène. 4. Les résultats valident donc l hypothèse : le poisson prélève dans son milieu de vie du dioxygène (ce qui n autorise pas à dire qu il respire puisqu on ne dispose pas de données concernant le dioxyde de carbone). Correction dans le manuel de l élève, p On cherche à préciser que les champignons rejettent du dioxyde de carbone dans leur milieu de vie (air du bocal). 2. a. Il faudrait montrer que les champignons prélèvent du dioxygène. b. Le montage (accompagné de son témoin ) doit réunir : un bocal, un bouchon percé d un trou dans lequel on glisse le capteur (sonde à dioxygène). 3. Avec un tel résultat, on peut conclure à la respiration des champignons dans l air. Chapitre 1 Respirer : des échanges avec le milieu de vie 25

10 2 Respirer dans différents milieux Manuel élève : p. 25 à 42 Programme officiel (application rentrée 2006) Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines. Ce chapitre est l occasion d identifier les structures au niveau desquelles sont réalisés les échanges gazeux respiratoires, d en noter la diversité. Il s agit d établir une relation entre cette diversité, l existence de comportements respiratoires et l occupation des milieux. Notions - contenus Compétences Exemples d activités La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d occuper différents milieux. [Physique-Chimie : l eau dans notre environnement, 5 e ] Chez les animaux, les échanges gazeux se font entre l air ou l eau et l organisme par l intermédiaire d organes respiratoires tels que poumons, branchies, trachées. Relier l organe et le comportement respiratoire d un animal à son milieu de respiration et au milieu de vie. Réaliser une dissection permettant de mettre en évidence un organe respiratoire. Ra - mise en relation, dans un tableau, d animaux avec leur milieu de respiration, leur milieu de vie et leurs organes respiratoires. I- recherche des organes respiratoires chez différents animaux. I- observation de divers comportements respiratoires. Ra - positionnement des animaux étudiés dans la classification actuelle. Réaliser une observation d organe respiratoire en utilisant une loupe binoculaire ou un microscope. Thème général Ce chapitre traite du second item du programme : La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d occuper différents milieux de vie. Objectifs de connaissances Intentions générales Chez les animaux, les échanges gazeux se font entre l organisme et l air ou l eau, par l intermédiaire d organes respiratoires tels que les poumons, les branchies ou les trachées. Chez certains animaux aquatiques, les échanges respiratoires se font avec l air grâce à des comportements particuliers. Il ne s agit pas, a priori, d avoir une approche exhaustive de la respiration chez les animaux : les organes à étudier sont clairement identifiés. La référence à d autres modes de respiration (cutanée ou tégumentaire notamment) n est pas exigible ce qui n exclut pas un ré-investissement des connaissances à d autres exemples (voir exercices). Cohérence verticale L existence d organes (poumons, branchies) au niveau desquels ont lieu les échanges gazeux a été établie dans le programme du cycle 2 de l école primaire (fiche de connaissances n 13 de l enseignement primaire). Il en est de même pour la nature des échanges qui a fait l objet du chapitre 1. À l exception de la notion de trachée, les connaissances nouvelles sur les organes mis en jeu sont donc limitées. Chapitre 2 Respirer dans différents milieux 27

11 La nouveauté réside essentiellement dans : l observation des organes respiratoires chez des animaux très divers alors que l étude a été limitée aux animaux vertébrés à l école primaire ; l observation des comportements permettant d établir un lien entre milieu de vie, milieu de respiration et nature de l organe respiratoire mis en jeu. La mise en évidence expérimentale d une circulation d eau ou d air complète cette démarche ; la méthodologie : mise en œuvre de protocoles expérimentaux (mise en évidence d une circulation d eau), réalisation de dissections ou d observations au microscope. Transversalité La composition de l air déjà abordée au cours des cycles 2 et 3 de l école primaire, reprise au premier chapitre, sera consolidée en classe de 4 e dans le cours de physique-chimie. Le fait que des substances initialement à l état gazeux peuvent se dissoudre dans l eau a lui aussi été envisagé à l école primaire et est re-précisé en classe de 5 e dans le cadre du chapitre intitulé «mélanges aqueux» (partie A «L eau dans notre environnement. Mélanges et corps purs», programme de physique-chimie). Objectifs méthodologiques Comme le précédent, ce chapitre se prête aussi à la mise en place des étapes de la démarche expérimentale : établissement d une hypothèse à partir de données simples, d observations, mise à l épreuve de l hypothèse par l expérience, mise en œuvre d un protocole ou lecture de résultats, critique des résultats obtenus. Cependant, ce chapitre est surtout l occasion, comme le précisent les instructions officielles, de réaliser une dissection et d effectuer une observation au microscope. Il permet aussi d initier les élèves à la présentation de résultats expérimentaux ou de données d observation sous la forme d un tableau à double entrée (réinvestissement de compétences abordées au chapitre précédent). Dans ce cadre, une fiche méthodologique «Lire, exploiter et construire un tableau» a été introduite à la fin du manuel de l élève. Cet objectif méthodologique a déjà fait l objet d une approche au cycle 3, dans le cadre du programme de mathématiques mais d une façon plus restreinte (lire un tableau et non pas le construire). S informer saisir des informations (photographies, croquis, textes) Réaliser réaliser une dissection Communiquer réaliser un croquis légendé réaliser un schéma fonctionnel réaliser un tableau à double entrée rédiger une conclusion écrite Raisonner mettre en relation les informations comparer des résultats formuler une conclusion Découpage du chapitre : progression et programmation horaire Les objectifs du chapitre étant de mettre en évidence l occupation de différents milieux par les animaux grâce à des appareils et des comportements respiratoires, quatre activités ont été retenues : l activité 1 (Exploitation de documents) est organisée à partir de données d observation sur l existence d un courant d eau chez le poisson, choisi pour l étude de la respiration dans l eau, ce qui conduit à la recherche d organes impliqués dans les échanges respiratoires situés le long du trajet de l eau ; l activité 2 (Réalisation pratique) est placée dans la continuité de la précédente : elle permet, à partir d une dissection, de localiser et d observer les branchies, organes respiratoires du poisson ; l activité 3 (Exploitation de documents) présente la diversité des organes respiratoires chez les animaux qui vivent et respirent dans l air ; l activité 4 (Exploitation de documents) présente une grande diversité d animaux aquatiques et aériens, ce qui conduit à établir que des comportements respiratoires permettent chez certains animaux d effectuer des échanges respiratoires avec un milieu qui n est pas leur milieu de vie. 28 Respirer dans différents milieux Chapitre 2

12 Séquences Mise en route (0h15) Activité 1 (0h15) Activité 2 (1h00) Activité 3 (0h45) Activité 4 (0h30) + Bilan (0h15) Objectifs Identifier un milieu de vie et rechercher s il existe un lien entre le milieu de vie et le lieu des échanges respiratoires entre l organisme et ce milieu de vie Mettre en évidence, chez le poisson, un courant d eau respiratoire entre le milieu de vie et les branchies Identifier l organisation fonctionnelle des branchies Rechercher les lieux d échanges respiratoires entre divers animaux et leur milieu de vie Montrer qu un animal vivant en milieu aquatique peut avoir une respiration aérienne Compétences mises en œuvre saisir des informations Mettre en relation des informations saisir et mettre en relation les informations construire progressivement un schéma fonctionnel réaliser une dissection construire un schéma fonctionnel mettre en relation des informations obtenues à différentes échelles saisir des informations construire un tableau à double entrée photographies Supports proposés guide d étude schéma explicatif photographies guide d étude schéma de matériel utilisé photographies et croquis d aide à la lecture photographies photographies Notions construites les branchies sont des organes situés sur un courant d eau ; elles réalisent des échanges respiratoires avec ce courant les branchies offrent une large surface d échanges avec le courant d eau qui les traverse en milieu aérien, les échanges respiratoires s effectuent au niveau des poumons, ou des extrémités de trachées Les animaux vivant en milieu aquatique peuvent respirer dans l air et possèdent poumons ou trachées Supports pédagogiques utiles Multimédia Cassettes en prêt gratuit au CNDP «La vie de la mare», et de nombreuses cassettes sur un animal donné (la loutre, le gammare, le crocodile, la moule, ) Matériel scientifique Bleu de méthylène ou tout autre colorant non toxique, cuvette et matériel de dissection, microscopes et/ou loupes binoculaires, lampes. Matériel vivant Poisson rouge, écrevisse, aquarium d eau de mer ou d eau douce avec divers animaux invertébrés. Sécurité et réglementation Les observations et les manipulations sur le poisson vivant doivent être effectuées dans des conditions respectant la réglementation (Droits et respect de l animal). Les dissections sont réalisées à partir d animaux morts et achetés avec des informations de traçabilité. Liens utiles Transparents Magnard (SVT 5 e ) : transparents 3 et 4 Internet : De nombreux articles de périodiques présents dans la plupart des CDI de collège, qui peuvent être obtenus en effectuant une recherche par motsclés. Site Magnard : Aide à la mise en œuvre des activités Page d ouverture du chapitre Page 25 Photographie : fait exceptionnel chez les araignées, l argyronète mène une vie entièrement aquatique. Cependant, ses poumons ne lui permettent pas de respirer l'oxygène dissous dans l'eau des étangs qu'elle habite. Elle tisse une cloche de soie qui retient l'air qu'elle rapporte de la surface, accroché aux Chapitre 2 Respirer dans différents milieux 29

13 soies de son abdomen. Ce document présente à l élève un animal dont d autres espèces lui sont familières mais en milieu terrestre : la particularité de l argyronète bien visible sur la photographie est de vivre en milieu aquatique à l intérieur d un dispositif sur lequel il conviendra de s interroger. La mise en relation avec les objectifs du chapitre, clairement exprimés en bas de page, peut ainsi facilement être effectuée : Montrer comment un animal respire dans son milieu de vie, c est déterminer où se font les échanges respiratoires ; comprendre comment se réalisent ces échanges. La formulation de ces objectifs ne dévoile en rien les résultats de l étude (nature des organes respiratoires, milieu de vie et milieu des échanges respiratoires différents) mais oriente clairement le travail à effectuer. Observer pour s interroger Pages Document a : Photographies de loutre en milieu aquatique et en milieu aérien. L animal passe ainsi d un milieu à un autre : la légende apporte une information en précisant que la remontée à la surface est indispensable, ce qui permet d orienter les élèves vers une respiration de la loutre en milieu aérien bien que la loutre puisse rester très longtemps sous l eau. Document b : Photographie de larves de moustiques en position de vie. La notion de larve pourra être rapidement abordée avec les élèves de façon à relier le document proposé au moustique qui leur est familier. Ici encore, la discussion pourra être menée autour du milieu de vie de ces larves et le milieu avec lequel s effectuent les échanges gazeux de la respiration. Le croquis accompagnant les clichés permet aux élèves de préciser leurs observations afin de préciser à la fin de l étude le rôle du tube respiratoire. Document c : Photographie de têtard de triton. Le rapport entre têtard et triton sera précisé en prenant appui sur les connaissances de l élève concernant le têtard de grenouille. Là encore, la légende explicite permet à l élève de préciser le milieu avec lequel ont lieu les échanges gazeux respiratoires. Les branchies nettement visibles permettront de faire l hypothèse qu il s agit là des organes où ont lieu les échanges : ce document pourra être repris à la fin de l étude pour mettre en relation le milieu de respiration et la nature des organes respiratoires. Document d : Photographie d un requin nageant en pleine eau. En indiquant que l animal nage tout le temps, la légende précise ainsi sans ambiguïté que la respiration a lieu en milieu aquatique. La gueule et les fentes branchiales ouvertes permettront de faire l hypothèse d un courant d eau accompagnant la nage et une nouvelle fois de préciser à la fin de l étude la nature des organes respiratoires. Document e : Photographie d un agrion, petit insecte fréquentant les lieux humides. Noter, à l arrière de chaque segment abdominal, l emplacement d un stigmate. Au terme de ces discussions, l élève a recensé pour chaque animal son milieu de vie et indiqué, en argumentant à partir des documents présentés, si les échanges respiratoires se font avec l air ou avec l eau : il a ainsi montré que milieu de vie et milieu avec lequel s effectuent les échanges respiratoires peuvent être semblables ou différents. La problématique autour de laquelle est organisé le chapitre peut alors être clairement établie. L ensemble des documents pourra être repris à la fin de l étude pour offrir d autres exemples afin d identifier les organes respiratoires, permettant ainsi de généraliser la relation entre milieu de respiration et organes respiratoires. Activité 1 - Vivre et respirer dans l eau Pages Objectifs / Intentions pédagogiques On se propose ici de mettre en évidence une circulation d eau et de la relier à la respiration du poisson (chapitre1). L activité est présentée comme une étude de documents car, dans le respect des dispositions sécuritaires, la manipulation proposée ne semble pas réalisable par les élèves mais seulement par le professeur. La démarche est cependant clairement explicative : une observation, permettant de formuler une 30 Respirer dans différents milieux Chapitre 2

14 hypothèse et orientant vers la mise en œuvre d une manipulation dont le principe et le résultat sont présentés. Commentaires des documents proposés Document 1 : Des observations. Les photographies d un poisson rouge obtenues à 2 secondes d intervalle, vu du dessus, permettent de constater des mouvements de la bouche et des opercules dont le synchronisme est précisé sur chaque cliché. Les termes nécessaires à la formulation du constat (ouïe, opercule) sont définis dans le vocabulaire placé en marge. Le constat débouche sur la formulation d une hypothèse. Document 2 : Le trajet de l eau. Les photographies illustrent les résultats de la manipulation qui peut être effectuée par le professeur et dont le principe est indiqué dans la légende. Elles permettent de valider l hypothèse faite à la suite de l observation présentée par le document 1. Dans le respect des mesures sécuritaires, il est important de rappeler aux élèves que le colorant utilisé, le bleu de méthylène, ne présente aucune toxicité (il a longtemps été utilisé chez l homme pour soigner les infections de la gorge). Document 3 : Des organes sur le trajet de l eau. Il permet de relier la circulation d eau mise en évidence avec la respiration du poisson. Les échanges respiratoires effectués avec l eau amènent les élèves à rechercher le lieu des échanges sur le trajet de l eau. La photographie du poisson présenté bouche ouverte et le schéma d interprétation permettent de supposer que les échanges respiratoires ont lieu au niveau des branchies, nettement visibles grâce à leur couleur rouge, idée que vient renforcer la comparaison de la composition de l eau à l entrée dans la bouche et à la sortie des ouïes. Corrections des pistes de travail 1. Décalquer la tête du poisson (doc. 1, photo du milieu) permet à l élève de réaliser rapidement un schéma et de le légender de façon à l orienter (œil, bouche) et à bien distinguer ouïe (orifice) et opercule (volet latéral). 2. L expérience réalisée montre que l eau colorée rentre par la bouche et ressort par les ouïes sous les opercules, ce qui valide l hypothèse formulée. 3. Le schéma établi précédemment est repris et devient un schéma fonctionnel puisque l entrée de l eau par la bouche et sa sortie au niveau des ouïes est indiquée par des flèches (première initiation au schéma fonctionnel). 4. Le document 3 permet alors de supposer que les échanges respiratoires se font au niveau des branchies, présentes sur le trajet de l eau. Activité 2 - Les branchies, organes de la respiration aquatique Pages Objectifs / Intentions pédagogiques On propose ici de réaliser une dissection permettant de mettre en évidence un organe respiratoire : cette activité constitue donc une Réalisation pratique qui prend place à la suite de la mise en évidence d un courant d eau chez le poisson. Les branchies, situées sur le trajet de l eau, ont été observées en place lors de l activité précédente : il s agit maintenant de préciser l organisation de ces organes en les prélevant et en les observant à la loupe binoculaire. Commentaires des documents proposés Document 1 : Protocole de dissection. Le protocole de dissection est présenté de manière simple étape par étape afin de permettre le travail de l élève en autonomie. Document 2 : Matériel utilisé. Chaque élément nécessaire à la dissection est illustré par un dessin, ce qui permet à l élève d appliquer le protocole précédent : les termes «verre de montre», «pince à dissection» sont clairement explicités. Le type de poisson utilisé dépendra des disponibilités du commerce mais aussi du budget disponible Chapitre 2 Respirer dans différents milieux 31

15 pour réaliser cette séance de travaux pratiques. La sardine est un matériel peut coûteux mais il semble préférable d utiliser un poisson de plus grande taille (merlan, truite ou truitelle). L observation des branchies en place sur le poisson entier ayant été effectuée auparavant, on peut aussi utiliser des têtes de poisson, déchets que l on peut parfois obtenir gratuitement. Document 3 : Un exemple de résultats. Une photographie de tête de poisson en vue latérale permet d observer l organisation macroscopique d une branchie (arc osseux et lames rouges). Cette observation est ensuite complétée après prélèvement par une observation à la loupe binoculaire. Il ne semble pas utile d utiliser le microscope pour cette étude au niveau de la classe de 5 e : l étude détaillée de la branchie (filaments et lamelles branchiales) est en effet exclue. Un schéma d interprétation légendé accompagne la photographie : il peut aussi faire l objet d une réalisation des élèves. Corrections des pistes de travail 1. Le trajet de l eau est représenté par une flèche qui illustre le passage à la surface et entre les lames branchiales (voir schéma plus bas). 2. Le grand nombre de lamelles mais aussi leur finesse facilitent les échanges respiratoires entre l eau et le poisson. Les connaissances antérieures des élèves peuvent aussi les amener à citer la présence du sang associée à la couleur rouge : les échanges entre l eau et le sang ne sont cependant pas au programme. 3. Le trajet du dioxygène de l eau vers les branchies est représenté par une couleur rouge tandis que le trajet du dioxyde de carbone des branchies vers l eau est représenté par une flèche bleue. L utilisation des ces couleurs ne dispense cependant pas d une légende portée sur chacune des flèches ou placées en marge du schéma. 4. L organe respiratoire est la partie du corps où ont lieu EAU des échanges gazeux entre le milieu extérieur (ici l eau) et l animal (le poisson). Chez le poisson, cet organe est la branchie. Dioxygène Dioxygène de carbone Activité 3 - Vivre et respirer dans l air Pages Objectifs / Intentions pédagogiques Il s agit ici d étudier plusieurs animaux qui vivent et respirent dans l air de manière à mettre en évidence des organes respiratoires différents. Une exploitation de documents variés permet aux élèves de réinvestir les connaissances acquises dans les activités précédentes. Commentaires des documents proposés Document 1 : L exemple de la souris. L étude d un mammifère est indispensable, l homme faisant l objet d une étude dans une autre partie du programme. Seule l observation de la souris vivante dans un élevage, au laboratoire, peut être effectuée. Étant données les contraintes qui accompagnent un élevage au collège (odeurs, soins en période de vacances) et les risques d allergies non négligeables, deux documents sont présentés : une photographie (a) dont la légende mentionne l existence d une circulation d air, et une radiographie (b) qui permet de localiser les poumons comme points d arrivée et de sortie de l air. Transposant les connaissances acquises dans l activité 2, les élèves peuvent ainsi identifier les poumons comme étant les organes respiratoires probables de la souris. 32 Respirer dans différents milieux Chapitre 2

16 Document 2 : L exemple de l escargot. Une photographie d un escargot vu de dessous permet d observer la présence d un orifice, le pneumostome, qui s ouvre et se ferme. La photographie d une dissection d un escargot mort, coquille ôtée, et la légende qui l accompagne permettent à l élève d établir une nouvelle fois l existence d une circulation d air, l air entrant et sortant du poumon par le pneumostome. Document 3 : L exemple du criquet. Trois photographies permettent une étude à différentes échelles. L observation macroscopique de l abdomen du criquet (a) permet d observer des orifices, les stigmates, de chaque côté de chaque segment. La dissection observée à la loupe binoculaire (b) met en évidence le lien entre les stigmates et des tubes très fins, les trachées. Enfin, les trachées observées au microscope (c) apparaissent comme des tubes ramifiés, aveugles, que l on peut trouver en tout point du corps du criquet. L observation des trachées de l asticot par écrasement entre lame et lamelle, simple à réaliser, est possible sur des animaux endormis (et tués) avant la séquence de cours. Corrections des pistes de travail 1. L entrée de l air a lieu par les narines ou par la bouche chez la souris, par le pneumostome chez l escargot et au niveau des stigmates chez le criquet. 2. Le schéma demandé représente un tube en communication avec l extérieur et relié à un ou deux sacs, les poumons. Une flèche indique le trajet de l air des narines aux poumons chez la souris ou du pneumostome au poumon chez l escargot. 3. Les poumons sont les organes respiratoires de la souris et de l escargot. 4. Le trajet de l air s effectue entre l extérieur et le corps de l animal chez la souris, l escargot et le criquet. Cependant, l air arrive dans un organe précis, les poumons, chez la souris et chez l escargot, tandis qu il est acheminé directement vers tous les organes du criquet grâce aux trachées, qui constituent donc les organes respiratoires du criquet. Activité 4 - Vivre dans l eau et respirer dans l air Pages Objectifs / Intentions pédagogiques Cette activité, qui constitue une exploitation de documents, permet d illustrer l occupation des différents milieux par les animaux et de relier l organe et le comportement respiratoire d un animal à son milieu respiratoire et à son milieu de vie. L observation d animaux et de comportements respiratoires variés permet aux élèves de prendre conscience de la diversité des appareils et des comportements respiratoires et de les mettre en relation avec l occupation des milieux. Cette activité présente de plus un objectif méthodologique puisqu elle permet de construire un tableau à double entrée. Les deux entrées sont précisées, la construction d un tel tableau étant proposée pour la première fois aux élèves. Commentaires des documents proposés Documents a : Écrevisse et épinoche. Deux photographies présentent l écrevisse et l épinoche, animaux qui comme les autres animaux illustrés dans cette double page vivent dans l eau de la rivière. La légende permet à l élève d identifier le milieu de vie et de respiration de chaque animal. Les connaissances acquises lors des activités antérieures et la phrase d accompagnement du document permettent d identifier l organe respiratoire présent. Documents b : Tétard de triton, martin pêcheur, argyronète, limnée, nèpe Plusieurs photographies illustrent des animaux de la rivière appartenant à des groupes différents et dont le milieu de vie et le milieu de respiration diffèrent. Là encore, les phrases accompagnant le document (légende) ou les connaissances antérieures permettent d identifier le milieu de vie, le milieu de respiration et l organe respiratoire. Prolongements possibles : Les documents de la double page «Observer pour s interroger» peuvent être repris à l occasion de cette activité, augmentant ainsi la diversité des animaux et des comportements étudiés. Chapitre 2 Respirer dans différents milieux 33

17 Corrections des pistes de travail 1. Animal Milieu Origine du Lieu des échanges de vie dioxygène prélevé respiratoires Écrevisse Eau Eau Branchies Épinoche Eau Eau Branchies Tétard de triton Eau Eau Branchies Argyronète Eau Air Trachées ou poumon Limnée Eau Air Poumon Martin-pêcheur Air Air Poumon Nèpe Eau Air Trachées 2. Les animaux aquatiques qui respirent dans l air remontent régulièrement à la surface (limnée), possèdent une réserve d air (argyronète) ou un tube en relation avec la surface (nèpe). 3. Les organes respiratoires ne peuvent pas êtres reliés au milieu de vie : ainsi, la limnée qui vit dans l eau présente un poumon tandis que la larve de triton présente des branchies, et l argyronète des trachées. Les organes respiratoires peuvent cependant être reliés au milieu de respiration : il s agit de branchies si la respiration est aquatique et de poumons ou de trachées si la respiration est aérienne. Schéma bilan Page 37 Le schéma bilan est construit sur le même modèle que précédemment : il comporte une représentation figurative à gauche et une représentation plus schématique, facilement reproductible par l élève, à droite. Il établit la diversité des organes respiratoires (branchies, poumons et trachées), lieux des échanges gazeux respiratoires (dioxygène et dioxyde de carbone) entre le milieu extérieur (air ou eau) et l animal. Sciences Mag Pages Ces pages destinées à éveiller la curiosité des élèves et susciter leur envie d en savoir plus ne comportent pas de pistes d exploitation. Elles doivent en effet être utilisées par l élève de manière autonome : le professeur peut éventuellement attirer l attention de l élève sur les thèmes abordés, mais en aucun cas ces pages n ont été conçues en vue d une évaluation du travail de l élève par le professeur. Pour ce chapitre deux thèmes sont proposés : un thème concernant la biodiversité qui s intègre dans l éducation à l environnement pour un développement durable (EEDD) : il présente l adaptation de quelques êtres vivants à la vie dans la mangrove ; un thème transversal («Maths et SVT») qui permet à l élève de prendre conscience de la complémentarité des savoirs qui lui sont dispensés : le calcul de la surface des branchies du poisson permet d illustrer la notion de surface d échanges. Correction des exercices Les exercices de la rubrique «Pour apprendre sa leçon» sont corrigés en fin du manuel de l élève. 1 Correction dans le manuel de l élève, p Respirer dans différents milieux Chapitre 2

18 2 1. Les mots et expressions du texte qui suggèrent des échanges respiratoires chez la grenouille sont : l air entre, il pénètre, les bosses se soulèvent puis s abaissent. 2. Les organes respiratoires de la grenouille sont deux gros sacs, c'est-à-dire des poumons Animaux Respiration aérienne Respiration aquatique Gardon Non Oui Cheval Oui Non Criquet Oui Non Moule Non Oui Poule Oui Non Mouche Oui Non Requin Non Oui Crevette Non Oui Ce tri ne correspond pas à une classification des animaux cités car il est effectué à partir du fonctionnement des animaux et non à partir de leur description. 1. On peut mettre en évidence l existence d un courant d eau chez la moule en utilisant du bleu de méthylène. On place quelques gouttes de bleu de méthylène avec une pipette près de la coquille. 2. L eau de la coquille est renouvelée en permanence grâce au battement des cils qui bordent les branchies et grâce à l ouverture permanente de la coquille. 3. Les organes respiratoires de la moule sont des branchies. 1. Les mouvements décrits chez la grenouille lorsqu elle est hors de l eau permettent de créer une circulation d air. 2. Les organes respiratoires qui permettent à la grenouille de respirer hors de l eau sont soit des poumons, soit la peau. 3. À la belle saison, la grenouille remonte fréquemment à la surface : sa respiration est aérienne. En hiver, elle reste au fond de l eau : sa respiration est aquatique. 4. Pour vérifier que, en hiver, l organe respiratoire de la grenouille est la peau, on pourrait recouvrir la peau de la grenouille d un produit imperméable à l air. 1. Le tube respiratoire, en siphon, est l organe situé à l extrémité de l abdomen et qui semble relier l organisme à son milieu de respiration. 2. L orifice du tube respiratoire permet de maintenir le tube respiratoire en permanence au contact avec l air atmosphérique : c est un stigmate. 3. L air atmosphérique pénètre dans le tube respiratoire de la larve de moustique. Il circule ensuite dans des trachées à l intérieur du corps de l animal : le dioxygène passe directement de l air contenu dans les trachées aux cellules de la larve de moustique. 4. Le pétrole qui flotte à la surface de l eau entraîne la destruction de la substance huileuse qui recouvre les soies : l eau pénètre dans le tube respiratoire ce qui ne permet plus le ravitaillement en dioxygène et entraîne la mort de la larve de moustique par asphyxie. 5. La démoustication, c'est-à-dire la destruction des moustiques, peut être effectuée en utilisant un produit chimique qui détruit la substance huileuse. Cependant, cette méthode ne doit pas utiliser de produit polluant comme le pétrole : il faut rechercher une substance facilement dégradée dans l environnement. Chapitre 2 Respirer dans différents milieux 35

19 3 Conditions de respiration et occupation des milieux Manuel élève : p. 43 à 57 Programme officiel (application rentrée 2006) Durée conseillée : 3 heures, soit environ 2 semaines. Ce chapitre est l occasion de mettre en relation la répartition des êtres vivants avec les conditions de la respiration, puis d étudier l influence de l Homme sur la respiration, et donc sur l occupation des milieux de vie. Notions contenus Compétences Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants. [Thèmes : Statistiques et environnement] [Mathématiques : moyennes des relevés, tableaux, graphiques] [Physique-Chimie : dioxygène dissous et température de l eau] [Français : compte rendu écrit, oral] Les caractéristiques physiques d un milieu (température, agitation) conditionnent sa teneur en dioxygène et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants. À la lumière, les végétaux chlorophylliens contribuent à oxygéner le milieu. En modifiant les conditions de respiration dans les milieux, l Homme influe sur leur qualité et leur équilibre. Expliquer la modification de l occupation d un milieu par la variation d un facteur (température, pollution, agitation, peuplement végétal) influant sur la respiration. Relier la répartition des êtres vivants à une teneur en dioxygène. Mettre en évidence le rejet de dioxygène par les végétaux chlorophylliens à la lumière. Relier l oxygénation d un milieu à la présence de végétaux chlorophylliens. Relier action de l Homme sur l environnement et effet sur la répartition des êtres vivants. Présenter par écrit et/ou oralement les résultats d une recherche. Exemples d activités I/Ra - recherche d une explication à la répartition d animaux vivant dans un cours d eau. Re - mise en évidence par ExAO du rejet de dioxygène par les végétaux chlorophylliens durant 24 heures. Re/Ra - mise en évidence et comparaison du rejet de dioxygène par les végétaux chlorophylliens à la lumière et à l obscurité. I - recherche documentaire sur la responsabilité de l Homme dans la modification des conditions de respiration. [B2i] C - présentation écrite et/ou orale, assistée ou non par ordinateur, de résultats de travaux de groupes. [B2i] I/Ra - exploitation de données sur la répartition d êtres vivants d un même milieu, à deux endroits ou moments différents en liaison avec une action de l Homme. Thème général Ce chapitre traite du troisième item du programme : «Les caractéristiques du milieu de vie déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des êtres vivants.» Objectifs de connaissances Intentions générales La répartition des animaux dans un milieu de vie, comme un cours d eau, dépend des conditions de respiration présentes. Ces conditions de respiration, liées à la teneur en dioxygène de ce milieu, dépendent de certaines caractéristiques physiques comme la température et l agitation de l eau. La présence de végétaux chlorophylliens qui produisent du dioxygène à la lumière influe aussi sur la répartition des êtres vivants. Les êtres vivants présents dans un milieu vivent ainsi en équilibre avec ce milieu, les uns produisant du dioxygène dans certaines conditions, les autres en consommant. Il s agit ensuite de Chapitre 3 Conditions de respiration et occupation des milieux 37

20 montrer, à partir de faits d actualités (articles de presse), que l Homme peut aussi faire varier la répartition et la nature des êtres vivants présents dans un milieu en modifiant les conditions de respiration, perturbant ainsi l équilibre d un milieu par une pollution. Deux ou trois exemples simples suffisent. Les étapes successives qui mènent à l appauvrissement en dioxygène d un milieu à la suite de l enrichissement en matière organique peuvent être présentées, mais le terme même «d eutrophisation» est exclu du programme ainsi que l étude de la demande biologique en oxygène ou DBO. Cohérence verticale Les besoins des végétaux, c'est-à-dire leurs conditions de développement, ont été abordés dans le programme du cycle 3 de l école primaire (fiche de connaissances n 6 de l enseignement primaire). Il a ainsi été établi que, outre l eau, les substances minérales et le dioxyde de carbone de l air, les végétaux verts ont besoin de lumière pour fabriquer leur propre matière. Dans le cadre de l éducation à l environnement, l environnement proche a été étudié : un milieu a ainsi été caractérisé par les conditions de vie qui y règnent mais aussi par les végétaux et les animaux qui l habitent. Il a aussi été établi que chaque être vivant trouve dans son environnement les conditions nécessaires à sa vie et qu il dépend souvent d autres êtres vivants. L accent a été porté sur les relations alimentaires (cycles 2 et 3, fiche de connaissance n 10 de l enseignement primaire). Il conviendra donc en 5 e de repartir de cette étude pour montrer que le dioxygène consommé par tous les êtres vivants est indissociable de la présence des végétaux dans un milieu. La modification des milieux de vie par l action de l homme a aussi été étudiée. La nouveauté réside essentiellement dans : l étude d un milieu aquatique alors que le milieu proche qui a été étudié à l école primaire était le plus souvent un milieu terrestre ; l étude plus précise d une condition de milieu, la teneur en dioxygène ; la mise en évidence de la production de dioxygène par les végétaux à la lumière, tandis qu à l obscurité ils consomment du dioxygène comme tous les êtres vivants. On insistera sur le fait que la respiration est un phénomène permanent, masqué à la lumière par les échanges gazeux de la photosynthèse, terme exclu du vocabulaire de la classe de 5 e. Transversalité La présence de dioxygène dissous dans l eau et le lien entre la teneur en dioxygène et la température de l eau sont abordés dans le cours de physique-chimie (l eau solvant). Le cours de physique-chimie est aussi l occasion de repérer une température à l aide d un thermomètre en utilisant le nom et le symbole usuel de température c'est-à-dire le degré Celsius ( C). Ce chapitre est surtout l occasion d un travail pluridisciplinaire dans le cadre des thèmes de convergence dont la liste a été établie conformément au programme de chacune des disciplines concernées dans lesquelles les contributions sont également mentionnées. Ils doivent permettre à l élève de percevoir les convergences entre les disciplines et de se construire une première représentation globale et cohérente du monde dans lequel il vit. Dans le cadre du thème «environnement et développement durable», les sciences de la Vie permettent, à partir de l observation des milieux, de montrer que les êtres vivants sont associés, et d analyser les liens entre peuplements et caractéristiques physico-chimiques. L analyse d observations de terrain concernant la répartition des êtres vivants dans un milieu sensibilise aux conséquences de la modification de facteurs physico-chimiques par l activité humaine. La physique-chimie aborde les transformations chimiques issues des activités humaines et montre qu elles peuvent être la source d une pollution de l environnement. La géographie et l éducation civique (aspects physiques des milieux de vie des sociétés humaines, rôle des sociétés dans l organisation des territoires, responsabilité des individus et des sociétés vis-à-vis du cadre de vie) mais aussi la technologie (transports, choix des matériaux), l éducation physique et sportive (prise en compte des caractéristiques du milieu dans la pratique d une activité sportive en pleine nature) développent aussi non seulement les connaissances utiles à la compréhension de notre environnement, mais aussi les attitudes et les comportements qui favorisent le respect et la préservation. La convergence des apports disciplinaires a pour but de placer l élève résolument dans une perspective de développement durable, soucieuse, à l échelle locale et à l échelle de la planète, du legs environnemental aux générations futures. 38 Conditions de respiration et occupation des milieux Chapitre 3