P3: Premier regard sur la Phénologie

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1 P3: Premier regard sur la Phénologie Objectif général Rendre les élèves conscients des changements qualitatifs qui s opèrent sur les végétaux lors du verdissement et de la fanaison, et leur faire collecter des données quantitatives concernant ces modifications. Développer une compréhension des modèles, similarités et différences parmi les végétaux d un même lieu. Objectif spécifique Les élèves vont observer, comparer et classer les végétaux pendant leur verdissement et leur fanaison et feront alors des déductions basées sur les modèles qu ils observent. Compétences Les élèves apprendront des concepts scientifiques établis et pourront mettre en œuvre leur capacité à reconnaître des processus, et comprendre les modèles de verdissement et de fanaison des végétaux. Concepts scientifiques Sciences de la Vie La Terre a beaucoup d environnements différents qui accueillent différentes combinaisons d organismes. Les fonctions des organismes sont en relation avec leur environnement. Les animaux et les végétaux ont des cycles de vie. Compétences scientifiques Observer Mesurer Classer Collecter des données Analyser des données Déduire Prédire Utiliser des techniques et des outils appropriés. Développer des explications et des prévisions en utilisant des preuves. Reconnaître et analyser des explications intermédiaires. Durée Deux ou trois cours. Niveau Débutant, intermédiaire Matériel Loupes Ruban adhésif d observation Crayons Carnet scientifique GLOBE Plantes Graphiques Pré requis Aucun GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 1 Science du système Terrestre

2 Contexte La Phénologie est l étude de la réponse des organismes aux changements saisonniers et climatiques qui ont lieu dans leur environnement. Les changements saisonniers comprennent les variations de durée du jour, les précipitations, la température et d autres facteurs de vie. L objet de cette activité est la phénologie des plantes lors du verdissement et de la fanaison aussi appelée sénescence. Le verdissement et la fanaison peuvent être utilisés pour examiner les modèles de végétation à l échelle régionale et globale, les variations d une année à l autre, et les réponses de la végétation aux changements de climat. Pour les arbres à feuilles caduques, les buissons et les arbustes, les saisons de floraison et de fanaison peuvent se repérer par l apparition de feuilles au printemps et la chute de ces dernières à l automne. Le verdissement des plantes est initiée lorsque le sommeil des plantes (état de croissance et de métabolisme suspendus) cesse à cause des conditions environnementales telles que l allongement de la durée des jours, les températures plus hautes, et l augmentation du volume d eau accessible. Ceci se produit au printemps pour les plantes dans des climats tempérés. Les racines des plantes commencent à absorber l eau et les nutriments dans le sol, et les transportent vers toute la plante, y compris les bourgeons ou les rejetons. Les substances freinant la croissance sont éliminées et remplacées par des substances augmentant la croissance. Les feuilles des plantes commencent à sortir, fabriquent de la chlorophylle pour capter l énergie lumineuse et initier la photosynthèse, ou pour se nourrir. Avec de longues heures de soleil et un bon apport en eau liquide, les plantes continuent à fabriquer de la nourriture sous forme de glucose. Dans le désert, certaines plantes perdent leurs feuilles et entrent dans un sommeil profond durant les mois les plus chauds, lorsque les plantes sont plus facilement abîmées par la chaleur et le manque d eau. La sénescence pour les plantes à feuilles non persistantes, se passe en automne. Comme les journées raccourcissent, les températures refroidissent, et l eau devient plus difficile à trouver, les plantes commencent à cesser leur production de nourriture. Les arbres à feuilles caduques comme l érable, le chêne, l orme, le tremble et le bouleau, perdent leurs feuilles en vue de l hiver. Beaucoup de changements se produisent dans les feuilles des arbres à feuilles caduques avant qu elles ne tombent des branches. A la base de chaque feuille se trouve une couche spéciale de cellules appelée abscission ou couche séparatrice. A travers cette couche, de petits tubes conduisent l eau vers la feuille et récupèrent la nourriture vers l arbre. A l automne, les cellules de la couche d abscission commencent à grossir et la zone a alors l aspect du liège, ce qui réduit et enfin bloque tout flux entre la feuille et l arbre. Le glucose et les autres substances produites par la feuille sont confinés dans la feuille. La chlorophylle commence à se détériorer sans apport d eau fraîche pour la renouveler, et la couleur verte des feuilles disparaît. Comme le bas des cellules de la couche séparatrice forme un joint entre la feuille et l arbre, les cellules du haut de la couche séparatrice commencent à se désintégrer. GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 2 Science du système Terrestre

3 Elles forment une ligne d arrachement (la feuille étant susceptible d être arrachée de l arbre) et la feuille tombe éventuellement de l arbre. La chute des feuilles des arbres caduques est une part essentielle de la survie lors des hivers froids. Les plantes survivent en réduisant leurs pertes en eaux, quand l eau accessible est très limitée, et en s acclimatant, un processus par lequel les plantes augmentent leur résistance au grand froid sans subir de dommages. Les arbres à feuilles persistantes gardent la plupart de leurs feuilles pendant l hiver et peuvent continuer la photosynthèse tant qu ils ont assez d eau. Cependant, les réactions se font plus lentement à température froide Le temps du verdissement et de la fanaison varie selon l espèce de la plante et/ou les différences de microclimats dues à la position géographique de la plante. De même, l apparence des plantes (c. à d. la teinte, la couleur, la forme, la taille, etc ) varie aussi. Il est important que les étudiants observent attentivement les plantes et leur environnement. Ainsi ils pourront faire des observations quantitatives et, dans cette activité, qualitatives (en utilisant les sens de la vue, du toucher, de l ouie et de l odorat) concernant la floraison et la sénescence, ce qui leur permettra de généraliser des modèles relatifs au changement de saison. Une observation précautionneuse des caractéristiques est un pré requis pour la classification. La classification est le groupement de choses telles que les objets ou les idées, ayant les mêmes caractéristiques et qui a été utilisée par les humains depuis des milliers d années. Beaucoup d exemples de l utilité de la classification sont évidents dans la vie de tous les jours, dans les magasins, les bureaux et chez soi. La classification est, de même, importante dans tous les domaines des sciences. Un scientifique utilise la classification pour organiser et comprendre le monde naturel. C est un moyen d en apprendre d avantage sur la vie sur la Terre, et de découvrir les liens particuliers qui existent entre les êtres vivants. Les élèves peuvent améliorer leur observation et leur capacité à classifier, en étant ouverts et en s entraînant à regarder les détails des objets de très prés. L observation précautionneuse est le fondement de toute science et constitue un outil utile pour la vie de tous les jours. Que faire et comment le faire Préparatifs 1. Après que le verdissement (ou la fanaison) a commencé, demandez aux étudiants ce qu ils ont observé sur les plantes au printemps (ou à l automne). Faites une liste des observations. Posez des questions probantes pour voir si tout le monde a compris qu il y avait une variation du temps d éclosion des bourgeons, et une variation de couleur, entre le printemps et l automne. Insistez bien sur les connaissances de base de vos étudiants, afin qu ils puissent acquérir par la suite une conception plus durable de la floraison et de la fanaison ; ils pourront alors approfondir leur compréhension de la chose. Exemple de questions : Avez-vous observé une différence dans le temps d éclosion des bourgeons? Avez-vous observé un changement de couleur des feuilles? Pensez-vous que le type ou l espèce de plante a une influence sur ce temps d éclosion? Y a-t-il d autres facteurs qui pourraient affecter le temps et les schémas typiques de la floraison et de la fanaison? Comment pensez-vous que la température de l air, la composition du sol et la longueur des jours affectent la floraison et la fanaison? 2. Demandez aux élèves pourquoi ils pensent que l observation est une qualité si importante chez un scientifique. Dîtes leur que pour la prochaine activité, ils vont devoir observer précautionneusement à l instar d un scientifique, et leur observation devra être plus précise que d habitude. Si vous avez le temps, modélisez ceci par l observation d une feuille ou d une branche par un sens à la fois. Soyez sûrs que les étudiants comprennent que l observation attentive est le fondement de toute science. Exploration 1. Les étudiants doivent observer deux espèces de plantes différentes. Une utilisée pour le protocole phénologique et une autre sur le même site d étude. Le fait de diviser leur feuille en deux colonnes, sur leur feuille de travail GLOBE : Réflexion personnelle, facilitera la comparaison des deux plantes. Voir exemple. 2. Montrez comment utiliser une loupe correctement. Distribuez les loupes aux GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 3 Science du système Terrestre

4 étudiants et amenez-les à l extérieur, sur le site de collecte des données de leur protocole. Cela peut constituer le site d étude phénologique, mais ce n est pas obligé. Demandez aux étudiants de sélectionner un nouveau type de plante (espèce différente, même environnement que les autres) ou une nouvelle plante (même espèce, conditions environnementales différentes) et demandez-leur de la repérer avec un morceau de ruban adhésif. 3. Ensuite, faites les asseoir près de leurs plantes et observer attentivement en utilisant uniquement les yeux, puis en utilisant leur loupe, et enfin leurs autres sens, mais toujours un à la fois. Faites les noter leurs observations par le dessin et par les mots, avec la date et l heure. Commencez par étudier juste une feuille. L objet de l observation doit se trouver au niveau de l œil de l élève. Essayez de garder les élèves concentrés pendant cinq minutes. Ne les guidez pas afin de voir ce qu ils observent et comment ils l observent par eux-mêmes. Si les élèves semblent avoir besoin de soutient pour comprendre comment utiliser leurs sens, vous pouvez trouver collectivement des moyens de récolter des données avec chaque sens avant d aller dehors. 4. De retour dans la classe, faites les partager leurs observations, afin que chaque étudiant tire profit de ce que les autres ont observé plus précisément, en prévision de la prochaine sortie. 5. Amenez les étudiants sur le site au moins deux fois encore, pendant la période de floraison et de fanaison. Sur le site, répétez les étapes deux et trois ci-dessus. Questions, discussion 1. Demandez aux étudiants de partager les observations/ comparaisons de leurs plantes lors de la floraison et de la fanaison. Encouragez tous les étudiants à poser des questions et à discuter. 2. Demandez-leur s ils ont observé certains modèles concernant leur plantes. Les modèles peuvent provenir des observations d une plante au cours du temps, ou de deux plantes entre elles. Listez cela sur un morceau de carton. Faites un carton pour le modèle «au cours du temps» et un carton pour le modèle «parmi les plantes». 3. Demandez aux étudiants sur quels points leurs plantes se ressemblent et en quoi elles sont différentes. 4. Demandez aux étudiants s ils peuvent faire des déductions (explications de ce qu ils pensent qui pourrait arriver d après leurs observations, etc.) basées sur leurs observations des modèles. Un extrait de réponse pourrait être «Je pense que les feuilles du saule sont mortes plus vite par ce que leurs couleurs a changé d abord.» Exploration, Classification Lorsque la fanaison commence, réunissez les élèves et ramenez les à l extérieur sur le site. Faites les collecter dix feuilles différentes du site de plusieurs tailles, formes et couleurs. Ramenez-les dans la classe. Pour ceux qui ne savent pas bien classifier : Dîtes aux étudiants de séparer leur feuille de Réflexion personnelle en deux parties par une ligne, afin qu ils puissent lister leurs observations d un côté et leurs questions de l autre. Donnez dix minutes aux étudiants élèves pour observer les dix feuilles qu ils ont collectées. Rappelez-leur d utiliser leurs quatre sens. Faites regrouper aux étudiants leurs feuilles en deux groupes basés sur leurs observations. Dîtes leur d être prêts à discuter de leurs attributions avec la classe, lorsqu ils seront appelés. Partagez et discutez, puis faites les grouper leurs feuilles selon des attributs complètement différents. Pour ceux qui savent déjà classifier : Vous pouvez commencer tout de suite avec des diagrammes Venn (voir exemple ci-dessous) ou des clés de dichotomie (voir les explications et les exemples dans les Activités d Apprentissage : Couverture Terrestre / Biologie de la Terre sur la feuille de classification). Dîtes aux étudiants d inclure au moins un attribut quantitatif (mesures). Faites dessiner aux élèves leur système de classification, tel que le diagramme Venn ou les clés de dichotomie, sur un grand morceau de carton ou de papier journal et collez les feuilles aux endroits appropriés avec du ruban adhésif ou de la colle. Partagez et discutez. GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 4 Science du système Terrestre

5 Source d apprentissage : Premier regard sur la phénologie Date Heure Espèce 1 Espèce 2 Observez avec vos quatre sens (vue, toucher, ouie, odorat) et une loupe. Essayez d utiliser un sens à la fois. Décrivez vos observations ci-dessous à l aide de dessins et de mots. Feuille 1 Feuille 2 GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 5 Science du système Terrestre

6 Discussion - Questions Pour les étudiants débutants: Faites partager aux étudiants leur stratégie. Demandez aux étudiants quels modèles ils peuvent observer en regardant tous les morceaux de cartons. Soyez sûrs qu ils prennent en compte le temps de floraison et le temps de sénescence. Demandez aux étudiants de faire des déductions basées sur leurs observations de l existence de variations de la durée de floraison et de fanaison entre plantes situées au même endroit. Soyez sûrs que les étudiants comprennent que les durées de floraison et de fanaison varient parmi les plantes situées en un même endroit. Demandez aux étudiants s ils ont des questions. Pour les étudiants de niveau intermédiaire: Demandez à la classe si elle peut faire quelques remarques (généralisations) au sujet des feuilles lors de la fanaison et de la floraison, basées sur l observation de toutes les feuilles. Listez les remarques. S il y a des désaccords, faites discuter le groupe à nouveau et réécrivez jusqu à ce que la totalité des remarques conviennent à tous. Votre but est, ici, de développer des remarques qui sont universelles, au travers de vos observations. Cela peut vous mener à regarder les feuilles à nouveau, ou bien à retourner dehors pour clore le débat. Insistez sur le fait que c est une partie du travail scientifique. Comparez leur liste de remarques scientifiques à la liste générée au début du cours. Demandez aux étudiants s ils ont une idée des raisons pour lesquelles les plantes peuvent changer avec les saisons. A ce stade, il suffit que les étudiants disent que les plantes changent pour se préparer à la saison suivante. Demandez aux étudiants pourquoi ils pensent que les scientifiques utilisent le concept de classification. Comment cela les aident-ils? Comment la classification peutelle nous être utile dans la vie de tous les jours? Voir Matériel nécessaire. Pour aller plus loin Pour ceux qui ne savent pas bien classifier: 1. Les étudiants doivent essayer de classifier (ordonner) leurs feuilles en séries (déterminées par la longueur, la largeur, la surface ou les nuances de couleur, etc.). Figure EA-P3-2 Pour ceux qui savant classifier : le diagramme Venn GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 6 Science du système Terrestre

7 2. Ensuite, faites vérifier aux étudiants leur classification en mesurant la longueur et la largeur de leurs feuilles avec une règle. Pour ceux qui savent déjà classifier : 1. Faites utiliser à vos étudiants, un guide des plantes afin qu ils trouvent leurs feuilles et essayent de les identifier. Si possible, invitez un spécialiste des plantes locales afin de confirmer l identification des plantes. Utilisez la Matrice d Erreur provenant des Activités d apprentissage de couverture du sol et de biologie. 2. Donnez à chaque groupe une branche de deux arbres ou arbustes locaux. Les élèves doivent alors proposer une liste d attributs permettant de les comparer et de déterminer les ressemblances et différences concernant : La surface des feuilles ; La solidité ou la dureté d une branche ou d une feuille ; Le nombre de feuilles d un bourgeon ; L aspect, la souplesse des branches ; La couleur des feuilles ; Le nombre de veines ; Le schéma veineux ; Le nombre de feuilles sur une branche. 3. Discutez de leurs observations. 4. Demandez aux étudiants s ils ont une idée des raisons de l existence de ces différences. Demandez aux étudiants pourquoi il est important de reconnaître des modèles et de faire des déductions. Cela peut constituer une bonne opportunité pour inviter un spécialiste des plantes locales, afin qu il réponde aux questions et discute des causes possibles des modèles observés par les élèves. Si aucun spécialiste n est disponible, il y a beaucoup de sites Web sur lesquels les étudiants peuvent discuter avec des spécialistes. 5. Allez sur le site Web GLOBE et comparez trois espèces que vos élèves ont observées, avec celle situées à des latitudes différentes. Y a-t-il les mêmes espèces d arbre à d autres latitudes? 6. Demandez aux étudiants de lister les autres variables possibles (c. à d. température du sol, température de l air, durée des jours, précipitations, etc.) dans l environnement qu il faut prendre en compte, et demandez leur de faire des hypothèses expliquant pourquoi les changements observés ont eu lieu. Quelles variables affectent les plantes? Evaluation Réflexion GLOBE Faites écrire aux étudiants leurs réflexions portant sur les sujets suivants : 1. Pourquoi l observation et la classification sont des qualités importantes en sciences? (Faites expliquer aux élèves les termes observation et classification, et faites leur décrire quelques bons exemples de raisons pour lesquelles l observation et la classification sont importantes en science ou dans la vie de tous les jours) 2. Quels modèles ont-ils observé lors de la floraison ou de la fanaison sur leur site, ainsi que les variations parmi les plantes de la même espèce ou d une espèce différente? 3. Quelles déductions, basées sur leurs observations, peuvent-ils faire concernant la manière dont les plantes de leur site changent avec les saisons, et les causes possibles des variations observées? Utilisez les rubriques suivantes pour noter les copies. Les étudiants qui ont des difficultés à écrire pourront être interrogés à l oral. But de la performance Faites rassembler dix échantillons de plantes aux étudiants, échantillons différents des feuilles à l extérieur, et faîtes les classifier ces échantillons de deux manières appropriées mais différentes (choix laissé au professeur). Par exemple, les plus jeunes étudiants peuvent diviser leurs échantillons en deux groupes, alors que l on peut attendre des plus vieux qu ils développent des clés de dichotomie. Ceci a été présenté dans l activité d apprentissage : couverture du sol, Classification des Feuilles. Liste des capacités Utilisez la liste suivante lors des cours, afin de répertorier les capacités des étudiants concernant les processus scientifiques. GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 7 Science du système Terrestre

8 Premier Regard sur la Phénologie Liste pour l évaluation des Compétences scientifiques des étudiants Critère Noms des étudiants Observe précautionneusement i.e. utilise plus qu un seul de ses sens (Exploration, Etape 1) Utilise correctement la loupe pour acquérir des informations (Exploration Etape 2,3 et 4) Identifie au moins un modèle concernant les plantes (Discussion, Question 2) Rassemble des données (écrits ou dessins d observations des plantes dans le Cahier de Notes GLOBE Science) Fait des déductions raisonnables quant aux causes des variations, basées sur ses observations (Discussion, Question 4) Classifie de manière appropriée (clés de dichotomie, Diagrammes Venn, ou groupes) GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 8 Science du système Terrestre

9 GLOBE 2005 P3 : Activité d apprentissage : Premier Regard sur la Phénologie - 9 Science du système Terrestre