Question de départ : Où va l air que tu inspires? Séance 1 - RI. Sciences Le corps humain

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1 Les fonctions de nutrition : La Respiration (et circulation) COMPETENCES : Savoir que la respiration se manifeste par un échange de gaz entre un être-vivant et son milieu Savoir que l Homme absorbe du dioxygène nécessaire au fonctionnement des organes Savoir que l Homme rejette de l air contenant du dioxyde de carbone produit par les organes OBJECTIFS : Connaître le trajet de l air Constater l existence d une relation étroite entre les deux fonctions : respiration et circulation Constater la nature différente de l air inspiré et de l air expiré Situer et nommer les différentes parties de l appareil respiratoire VOCABULAIRE SPECIFIQUE : inspiration, expiration échanges respiratoires poumons dioxygène, dioxyde de carbone Question de départ : Où va l air que tu inspires? Séance 1 - RI

2 Etape 1 : représentations initiales Après une séance de sport, amener les élèves à faire des remarques sur leur respiration. Demander à chacun de fermer les yeux pour se concentrer sur sa respiration. Faire définir les termes d inspiration et d expiration (travail en vocabulaire sur les préfixes) Distribuer la silhouette du corps humain : -demander d y tracer le trajet de l air -demander de répondre par une ou deux phrases à la question : Où va l air que tu inspires? Bilan, recueil des représentations initiales : Séance 2 Les Poumons Etape 1 : affichage de quelques RI avec schéma de poumons Oralement et collectivement : faire discuter le rôle et la place des poumons dans le corps. Demander aux élèves de se concentrer, de fermer les yeux et de respirer exagérément. Les interroger sur ce qu il se passe : -«ça gongle ici» (en désignant le torse) -«ça se soulève» Faire nommer la cage thoracique à l endroit que ces élèves désignent. Etape 2 : le volume de la cage thoracique

3 Expérimentation : faire mesurer le périmètre de la cage thoracique d un élève en fin d inspiration, puis en fin d expiration.. Les élèves sont en groupes de 3 ou 4 selon le nombre de mètres de couturière) Faire noter les résultats et demander aux élèves ce qu ils constatent, ce que l on peut en déduire (l air va dans les poumons, leur volume augmente lors de l inspiration) Etape 3 : imaginer l organisation du système respiratoire A partir des différentes remarques et observations (l air entre par le nez la bouche / l air arrive dans les poumons), demander aux élèves de faire un schéma. Le schéma indiquera le nez, la bouche et les poumons. Les élèves doivent «imaginer» ce qu il y a entre ; comment l air va du nez et de la bouche jusqu aux poumons. Certains élèves expliqueront que l air passe par une sorte de «tuyaux». Séance 3 Le Système respiratoire Etape 1 : observation de poumons d animaux Prévoir une ou deux paires de poumons (l ensemble cœur-poumon est idéal) venant de chez le boucher. Observation externe : par groupes les élèves observent et essayent de nommer ce qu ils voient. C est à ce moment que l on pourra nommer le «tuyau» dont ils parlaient à la séance précédente. Ce «tuyau» est la trachée. Faire observer que de la trachée partent deux autres «tuyaux», les bronches. Les élèves peuvent toucher les poumons pour constater leur élasticité. Etape 2 : lors de l inspiration A l aide d un tuyau souple, souffler dans la trachée artère. Que se passe-t-il?

4 Les deux poumons se gonflent. Enfoncer un peu plus loin le tuyau et souffler à nouveau. Que se passe-t-il? Un seul des deux poumons se gonfle. Pourquoi? Laisser les élèves émettre des hypothèses. Faire rappeler ce qui a été observé précédemment : la trachée se sépare en 2 bronches. Nous avons donc enfoncé le tuyau plus loin, jusqu à une bronche. La trachée permet à l air d arriver jusqu aux poumons Etape 3 : structure «interne»,, les ramifications Couper transversalement l un des poumons, introduire dans la trachée un tuyau souple. Plonger les poumons dans une bassine d eau. Souffler dans le tuyau. Que se passe-t-il? Les élèves peuvent observer des bulles d air dans l eau. Ces bulles sortent par des petits trous. Expliquer que ces petits trous sont des bronchioles, des «tuyaux» encore plus petits permettant à l air d aller dans les poumons. Inciser longitudinalement une bronche jusque dans une ramification dans le poumon. On constate un réseau dense de bronches et de bronchioles enveloppé dans un tissu élastique très riche en vaisseaux sanguins. Récapituler les découvertes : La trachée se ramifie en 2 bronches, chacune allant dans un poumon. Dans chaque poumon, les bronches se séparent en tuyaux de plus en plus petits et nombreux : les bronchioles. Les bronchioles se terminent dans des sortes de sacs minuscules : les alvéoles pulmonaires.

5 Séance 4 approfondissements Etape 1 : Mesurer sa capacité pulmonaire Document (annexe) Matériel : -1 cuvette -1 bouteille plastique de 2 litres -de l eau -un tuyau souple en plastique -un verre doseur Les élèves observent la fiche technique de l expérimentation, ils ont uniquement les étapes de l expérience qui sont schématisées. Les explications seront écrites collectivement après expérimentation de chacun. Les élèves passent à l expérience : 1. Remplir une bouteille d eau et une cuvette 2. Retourner la bouteille pleine d eau dans la cuvette pleine d eau également. 3. Introduire l extrémité du tuyau dans le goulot de la bouteille. 4. Inspirer profondément et expirer dans le tuyau. Souffler au maximum. 5. Constat : l eau de la bouteille est passée dans la cuvette. 6. Mesurer l air expiré en utilisant le verre doseur. Ils doivent comprendre que l eau de la bouteille est passée dans la cuvette et qu elle a été remplacée par l air expiré. Ensuite ils doivent utiliser le verre doseur : ils y vident l eau restant de la bouteille. Il faut ensuite qu ils calculent la différence entre la bouteille pleine d eau (2L) et le volume d eau en fin d expérience pour obtenir le volume d air expiré. Un schéma peut être utile pour certains élèves (pour comprendre le calcul qu il faut faire) Etape 2 : Rôle du diaphragme - Modélisation Document (annexe) Matériel : - 1/2 bouteille d eau (coupée transversalement) - 2 ballons de baudruche Présenter la modélisation et expliquer le rôle de chaque élément : la bouteille représente la cage thoracique, le ballon à l intérieur de la bouteille et accroché au goulot représente le poumon et le ballon coupé et tendu au bas de la bouteille représente le diaphragme. Expliquer ce qu est le diaphragme (où il est situé).

6 Dire que l on va tirer sur le diaphragme. Demander aux élèves d imaginer ce qu il va se passer. Faire noter les réponses sur leur cahier de brouillon. Recenser les différentes réponses, les discuter collectivement. Chaque groupe de 3 élèves réalise la modélisation. Leur faire observer ce qu il se passe lorsque l on tire sur le ballon- diaphragme. Le ballon poumon se gonfle. A quel moment du mouvement respiratoire se situe-t-on? Que se passe-t-il quand on relâche le diaphragme? A quel moment se situe-t-on? Collectivement, faire une conclusion à partir de la modélisation et des observations. Nous respirons de manière automatique grâce au diaphragme qui se contracte. Le diaphragme est un muscle plat attaché à la base de la cage thoracique. Lorsque le diaphragme se contracte, il s abaisse. Le volume de la cage thoracique augmente et les poumons se remplissent d air : c est l inspiration. Lorsque le diaphragme se relâche (mouvement passif sans effort), le volume de la cage thoracique diminue et l air sort des poumons : c est l expiration. L inspiration est active alors que l expiration est passive.

7 Séance 5 composition de l air Etape 1 : différence de composition antre air inspiré et air expiré Document (annexe) : 3 expériences Matériel : -miroir (exp 2) -deux bocaux en verre, deux bougies, des allumettes (exp 3) Expérience 1 : «Souffle sur ta main» L air inspiré s est réchauffé au contact des poumons. L air expiré a une température plus élevée que l air inspiré. Expérience 2 : «De la buée sur le miroir» L air expiré contient de la vapeur d eau. Expérience 3 : «Les 2 bougies» Pour brûler, la flamme a besoin d oxygène. Lorsqu elle a utilisé tout l oxygène elle s éteint. La deuxième bougie s éteint plus vite (bocal contenant l air expiré) ce qui signifie que l air expiré contient beaucoup moins d oxygène que l air inspiré. L air expiré contient du gaz carbonique. Etape 2 : de quels gaz se composent l air? Document (annexe) «situation problème» Lecture de tableau de résultats scientifiques : L air contient 3 gaz : Air inspiré : Air expiré : 100 l d air inspiré contiennent 100 l d air expiré contiennent L oxygène 21 litres 16 litres Le gaz carbonique Des traces 5 litres L azote 79 litres 79 litres L air expiré est plus riche en gaz carbonique et moins riche en oxygène que l air que nous inspirons. Nous rejetons tout l azote que nous inspirons. Pour 100 litres d air inspiré, notre corps garde 5 litres d oxygène et rejette environ 5 litres de gaz carbonique que les cellules de notre corps ont fabriqué.

8 Séance 6 Rôle du sang Etape 1 : Où va l oxygène absorbée? Mise en évidence de la notion de capillaires par l observation d une radio de la main (annexe) Distribuer et afficher le schéma d une bronchiole avec des alvéoles pulmonaires. Nommer les artérioles, les veinules et les capillaires. Amener les élèves à conclure que les alvéoles pulmonaires sont en contact d une part avec de l air (intérieur des alvéoles), d autre part avec le sang Document (annexe) : les échanges gazeux Une partie du dioxygène contenu dans l air inspiré passe dans le sang grâce aux alvéoles pulmonaires. Le sang distribue aux organes de tout le corps le dioxygène absorbé. Donc ce ne sont pas uniquement les poumons qui respirent, mais le cerveau, les muscles, le foie, le cœur tous les organes du corps. Les organes prennent l oxygène apporté par les poumons et rejettent le gaz carbonique. Etape 2 : schématisation, rôle du sang Document (annexe) : les rapports entre l appareil respiratoire et l appareil circulatoire Schéma à reproduire de manière simplifiée :

9 Séance 1 -documents Sciences Le corps humain

10 Séance 2 -documents Sciences Le corps humain

11 Séance 4 -documents Document 1 Sciences Le corps humain

12 Séance 4 -documents Sciences Le corps humain Document 2 1. Tire doucement sur le diaphragme. Que constates-tu? A quel moment du mouvement respiratoire se situe-t-on? 2. Que se passe-t-il quand tu relâches le diaphragme? A quel moment du mouvement respiratoire se situe-t-on? 3. Que peut-on conclure? Document 2 1. Tire doucement sur le diaphragme. Que constates-tu? A quel moment du mouvement respiratoire se situe-t-on? 2. Que se passe-t-il quand tu relâches le diaphragme? A quel moment du mouvement respiratoire se situe-t-on? 3. Que peut-on conclure?

13 Séance 5 -documents Sciences Le corps humain Document 1

14 Séance 5 -documents Sciences Le corps humain Document 2 Nous avons vu que l air expiré est différent de l air inspiré. Les chercheurs ont pu mesurer les quantités de gaz inspiré et expiré. Voici les résultats : L air contient 3 gaz : Air inspiré : Air expiré : 100 l d air inspiré contiennent 100 l d air expiré contiennent L oxygène 21 litres 16 litres Le gaz carbonique Des traces 5 litres L azote 79 litres 79 litres Que pouvons-nous dire de l azote? Que pouvons-nous dire du gaz carbonique? Que pouvons-nous dire de l oxygène? Que nous apprend ce tableau? Document 2 Nous avons vu que l air expiré est différent de l air inspiré. Les chercheurs ont pu mesurer les quantités de gaz inspiré et expiré. Voici les résultats : L air contient 3 gaz : Air inspiré : Air expiré : 100 l d air inspiré contiennent 100 l d air expiré contiennent L oxygène 21 litres 16 litres Le gaz carbonique Des traces 5 litres L azote 79 litres 79 litres Que pouvons-nous dire de l azote? Que pouvons-nous dire du gaz carbonique? Que pouvons-nous dire de l oxygène? Que nous apprend ce tableau?

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