Chapitre Le cerveau, Je m interroge sur ces documents Le premier document est une affiche mettant en évidence le danger de conduire sous l emprise de l alcool et du cannabis. Le deuxième document est constitué de deux autoportraits d un peintre avant et après un accident ayant entraîné des lésions cérébrales. Enfin, la dernière photographie montre un dispositif d IRM, une des techniques permettant d observer de manière fine les structures internes du cerveau. Ces deux derniers documents mettent l accent indirectement sur le rôle du cerveau à travers des perturbations de son fonctionnement. Le premier document conduit les élèves à mettre en évidence les effets néfastes des drogues sur l organisme. Le deuxième permet aux élèves de découvrir l importance du cerveau dans la perception de l environnement et la réalisation du mouvement. Le dernier permet de voir une image anatomique du cerveau et peut laisser supposer que c est un organe fragile. La mise en relation des questions posées à partir des ces trois photos permet aux élèves de formuler le problème : «Comment fonctionne le cerveau?». Programme Programme officiel consultable sur le site du B.O. : hors série n 6 du 19 avril 2007. ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/mene0750668a_annexe3.pdf Le programme présente les références au socle commun de connaissances et de compétences en caractères droits. Le reste du programme est en italique. Connaissances Le cerveau est un centre nerveux qui analyse les messages nerveux sensitifs (perception) et élabore en réponse des messages nerveux moteurs. Perception de l environnement et commande du mouvement supposent des communications au sein d un réseau de cellules nerveuses ou neurones. La cellule nerveuse ou neurone transmet les messages nerveux aux autres cellules en produisant des messagers chimiques au niveau des synapses. 102 Le cerveau, un centre nerveux Capacités déclinées dans une situation d apprentissage Manipuler : réaliser une observation microscopique de neurones. S approprier un environnement numérique de travail. [compétence 4] Exprimer les résultats d une recherche : réaliser un schéma afin de traduire le mode de communication entre deux neurones. [compétence 1] Exemples d activités Observation microscopique de neurones. Utilisation d une animation illustrant la communication entre cellules nerveuses. Construction d un schéma fonctionnel illustrant simplement un mode de communication entre deux neurones.
un centre nerveux Le fonctionnement du système nerveux peut être perturbé dans certaines situations et par la consommation de certaines substances. ( ) Les relations entre organes récepteurs et effecteurs peuvent être perturbées : par la fatigue ; par la consommation ou l abus de certaines substances modifiant l action de messagers chimiques au niveau des synapses. Raisonner avec logique et rigueur. [compétence 7] Mobiliser ses connaissances pour comprendre le fonctionnement de son propre corps : relier la consommation de certaines substances à des perturbations du fonctionnement du système nerveux. S approprier un environnement numérique de travail. [compétence 4] Observation de photographies de microscopie électronique à balayage de cellules auditives en bon état et altérées. Exploitation de données pour relier le comportement d un conducteur à l alcoolémie, la fatigue ou la consommation de drogue. Mesure du temps de réaction. [B2i] Analyse de notices de médicaments. Recherche d informations permettant de relier des altérations de la perception à certains comportements. [B2i] Mise en relation de l usage d une drogue et des modifications du comportement. Les acquis de l École Paru au B.O. hors série n 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. : http://www.education.gouv.fr/bo/ 2002/hs1/default.htm Au Cycle 2 Les manifestations de la vie chez l enfant Il s agit de faire prendre conscience à l enfant de certaines caractéristiques de son corps pour rappeler : l importance des règles de vie et d hygiène : habitudes quotidiennes de propreté, d alimentation, de sommeil. Au Cycle 3 Le corps humain et l éducation à la santé L éducation à la santé est liée à la découverte du fonctionnement du corps en privilégiant les conditions de maintien du corps en bonne santé, ici nous étudions les conséquences à court et long terme de notre hygiène ; les actions bénéfiques ou nocives de nos comportements (notamment dans l alimentation). Documents d accompagnement Fiche 15, cycle 2 et 3 consultables sur le site du CNDP : http://www.cndp.fr/, à la rubrique «Enseigner primaire secondaire». Thèmes de convergence Ce chapitre peut être intégré à la construction du thème «Santé». Les élèves ont une prise de conscience de l impact de l hygiène alimentaire et de vie sur le fonctionnement de notre organisme. Le socle commun de connaissances et de compétences Socle commun complet, paru au B.O. n 29 du 29 juillet 2006 consultable sur le site du B.O. : http://www. education.gouv.fr/bo/2006/29/mene0601554d.htm Mise en œuvre du socle commun dans le programme de Sciences de la Vie et de la Terre, paru au B.O. n 6 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse Internet (introduction) : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/ 2007/hs6/MENE0750668A_annexe1.pdf Ce chapitre participe à la construction de notions et de compétences : «maîtriser des connaissances sur l Homme : l organisation et le fonctionnement du corps humain» ; «pratiquer une démarche scientifique» comprendre la transmission des messages nerveux entre neurones ; «mobiliser ses connaissances en situation, par exemple comprendre le fonctionnement de son propre corps». Attitudes développées au cours des quatre activités de ce chapitre «la responsabilité face à la santé» ; «le respect de soi». B2i Le B2i pour le collège est défini dans l arrêté paru au B.O. du 20 juillet 2006 : http://www.education.gouv.fr/ bo/2006/29/mene0601490a.htm Les modalités d évaluation du B2i sont présentées dans la circulaire de mise en œuvre parue au B.O. du 16 novembre 2006. Elle présente en annexes le tableau synoptique des items évalués et les feuilles de position «élèves» : http://www.education.gouv.fr/bo/2006/42/ MENE0602673C.htm Atelier B2i (page 193) : cette activité spécifique participe à la construction, par l élève, de la Compétence C.3.4 : «Utiliser un tableur pour construire un graphique», construisant un histogramme des temps de réaction des élèves d un classe et calculant la moyenne du temps de réaction de la classe. Le site : www.didiersvt.com/4/b2i/10.html propose toutes les ressources pour élaborer cette activité : un fichier tableur avec les résultats du temps de réaction des élèves, une aide à l utilisation du logiciel tableur Microsoft Excel et OpenOffice Calc. Le cerveau, un centre nerveux 103
Activité 1 Des perturbations du comportement Objectifs visés Cette activité a pour objectif de conduire les élèves à : mesurer et définir le temps de réaction à un stimulus extérieur ; étudier les modifications du comportement à la suite de la consommation de drogues et/ou d alcool. Connaissances construites Le fonctionnement du système nerveux peut être perturbé dans certaines situations et par la consommation de certaines substances. Les relations entre organes récepteurs et effecteurs peuvent être perturbées : par la fatigue ; par la consommation ou l abus de certaines substances modifiant l action de messagers chimiques au niveau des synapses. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à consolider les connaissances sur l organisation du corps humain. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Mesure du temps de réaction, activités B2i (documents a et b). Mise en relation de l usage de drogue et des modifications du comportement (documents c à f). 104 Le cerveau, un centre nerveux
Réponses aux questions posées 1. t m d r ac n c a à l gan m p r d à un m a e l t m d l é a a d un m ag n в x n, d a t an m a c вa, d l é a a d un m ag n в x m pa l c вa e d a p aga j à l gan e c. 2. a c a d a co e d d og p en a n d c d angƣ, un ag, un a gm n a d la p d r, un nc, un p d la c c n a e un a g m n d t m d r ac. 3. t m d r ac e mod pa la fa g, la p d a co, d m d cam n e d d og 4. a c a d c a n anc a l m вm n en ra n an l r a a, en p an a n l cॐ m n. Matériel et mise en œuvre : Pour mesurer et comprendre ce qu est le temps de réaction, de très nombreux sites proposent de mesurer le temps de réaction en répondant à diverses stimulations : auditives, sonores ou visuelles : http://www.lepermis.com/jeux/reaction.htm http://www.lelombrik.net/jeux/3231/temps-dereaction.html http://conduitesure.neuf.fr/distances%20d arr%eat %20r%E9action%20freinage.html http://www.ac-grenoble.fr/svt/site/prof/logiciel/ reaction.htm Des manipulations pour mesurer le temps de réaction avec du matériel ExAO sont présentées sur le site Internet : http://www.svt.ac-aix-marseille.fr/exao/experim/ tmpsreac/default.htm De petites manipulations réalisables en classe avec du matériel simple sont proposées sur le site Internet : http://www.astrosurf.com/apex-occult/instant.htm Bibliographie : Des ouvrages généraux pour le professeur P. Buser, Neurobiologie. Psychophysiologie sensorielle (tomes 1 et 2), édition Hermann, collection Méthodes, 1997. M. Bounias, Traité de toxicologie générale du niveau Moléculaire à l échelle Planétaire, édition Springer, 1999. E. Loonis, Notre cerveau est un drogué : Vers une théorie générale des addictions, édition Presses Universitaires du Mirail Toulouse (PUM), collection Chemins cliniques, 1997. Des sites Internet De très nombreux sites présentent les effets des drogues et de l alcool sur l organisme : http://www.nonaladrogue.org/ http://www.infosante92.com/drogue.htm http://www.parentscontreladrogue.com/ http://www.parolesdejeunes.com/ Des ouvrages généraux pour les élèves Coll., L encyclopédi@ des sciences, édition Gallimard, Gallimard Jeunesse, collection Encyclopédi@, 2005. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Le cerveau, un centre nerveux 105
Activité 2 Organisation et fonctionnement du cerveau Objectifs visés Cette activité a pour objectif de faire découvrir aux élèves l organisation du cerveau en lien avec l élaboration d un message nerveux moteur. Dans un premier temps les élèves sont amenés à étudier l activité cérébrale à l aide d imageries médicales de cerveaux chez une personne souffrant d hémiplégie et une personne saine. Cela permet d observer que c est au niveau du cerveau que sont élaborés des messages nerveux moteurs responsables du mouvement. Dans un deuxième temps, ils étudient l organisation du cerveau et découvrent que c est en périphérie du cerveau, au niveau de la substance grise, que sont élaborés ces messages. Enfin, ils découvrent que cette substance grise est constituée de cellules particulières, les neurones, organisées en réseau. Connaissances construites Le cerveau est un centre nerveux qui analyse les messages nerveux sensitifs (la perception) et élabore en réponse des messages nerveux moteurs (l action motrice). Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, cette activité contribue à consolider les connaissances sur l organisation du corps humain. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité S approprier un environnement numérique de travail (documents a à e). Observer au microscope des neurones (document f). 106 Le cerveau, un centre nerveux
Réponses aux questions posées 1. c вa e r a x gan n pa l n n m ag n в x n t an m pa c n a c вa. c вa e r a x gan m pa d n m p l c вa e ac l un m ag m e é a. n n, un p pa a y d un c a la mƣ d c вa e inac. c a p m d a m l c вa é a l m ag n в x m c and n l f c m n d m c 2. l doc m n b e c, l z ac в d c вa à la p d c вa. la c (doc m n d) в la p d c вa e c d anc g. C e d c a n вa d la anc g l m ag n в x m é a 3. n p d l n d c ca i c d un n a, d cy a m e d un m m an. 4. n gan en r a. a c n ca en c n en r a p m l é a a d m ag n в x m Matériel et mise en œuvre : Précisions pour l observation de neurone au microscope Il est conseillé d observer des neurones pyramidaux car le réseau est plus lisible pour les élèves et les noyaux sont plus facilement identifi ables ; ceux-ci se trouvent dans le cortex cérébrale. Dans le cortex cérébelleux, on trouve les cellules de Purkinje, cellules nerveuses plus diffi cile à analyser. En classe, il est possible de disséquer de la cervelle de mouton afi n d observer l organisation anatomique du cerveau. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p. 105 (activité 1). J. Hanaway, T. A. Woolsey, M. H. Gado, M. P. Roberts, Atlas du cerveau, un guide visuel du système nerveux central humain, édition De Boeck Université, 2000. E. Godaux, Le cerveau, édition Milan, collection Les essentiels, 2004. H. Lodish, Biologie moléculaire de la cellule, édition De Boeck, 3 e édition 2005. Des sites Internet Sur de nombreux sites, il est possible de trouver des images de cerveaux observés par imagerie médicale : http://images.google.fr/imgres?imgurl=http://www. savoirs.essonne.fr http://zebac.free.fr/visiteur/irm/pages/intro.html http://www.ophtalmo.umontreal.ca/contenu/actualite/ quizz_old/rep_quizz07.htm http://www.dgpc.ulaval.ca/bio90192/chap6/eegirm.htm Des ouvrages généraux pour les élèves A. Dudink et R. Van Der Meer, Le Cerveau, édition Seuil, 1998. S. Parker, Le corps humain, édition Piccolia, 2006. Coll., Le cerveau complexe et fascinant : 15 expériences faciles à réaliser, édition Albin Michel, collection Les petits débrouillards, 2003. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Le cerveau, un centre nerveux 107
Activité 3 La communication entre les neurones Objectifs visés Cette activité a pour objectif de conduire les élèves à : visualiser l organisation des neurones dans le cerveau ainsi que les zones de communication entre les neurones ; expliquer le mode de transmission des messages nerveux d un neurone à un autre ; comprendre le mode d action des drogues sur le cerveau. Connaissances construites La perception de l environnement et la commande du mouvement supposent des communications au sein d un réseau de cellules nerveuses ou neurones. La cellule nerveuse, ou neurone, transmet les messages nerveux aux autres cellules en produisant des messagers chimiques au niveau des synapses. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Réaliser un schéma afin de traduire le mode de communication entre deux neurones (documents a à c). Exprimer les résultats d une recherche (document d). Mise en relation de l usage de drogue et des modifications du comportement (document e). 108 Le cerveau, un centre nerveux
Réponses aux questions posées 1. x c n в c n n en e a n вa d p z d c ac l ex m d ax : l yna 2. yna d z d c n ca en d x n m ag n в x a в a n вa d la yna. a en a n la l a d un m ag c m f x l d x m n, en a nan la fa ca d un n вa m ag n в x. 3. a c n ca a n вa d c вa e r a pa l in m d a d yna A l n вa l d m ag c m p m an la c n d m ag n в x en d x n Matériel et mise en œuvre : Afi n de comprendre le mode de transmission du message nerveux entre deux neurones, une animation fl ash peut être téléchargée sur http://svtolog.free.fr/article.php3?id_ article=229 L auteur de cette animation fl ash propose des protocoles d utilisation de son logiciel sur : http://tecfa.unige.ch/perso/ lombardf/logiciels/neurodule/protocoles/ Les expériences de cette activité ont été réalisées à partir du logiciel téléchargeable à cette adresse : http://svtolog. free.fr/article.php3?id_article=365 Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p. 105 (activité 1) et p. 107 (activité 2). P. C. Cross, R. Mercer, Ultrastructure cellulaire et tissulaire, approche fonctionnelle, édition De Boeck, 1995. C. Moussard, C. Mougin, P. Oudet, Biologie moléculaire, Biochimie des communications cellulaires, édition De Boeck, 2005. Des ouvrages pour les élèves D. Voisin, Santé, paramédical, édition Seuil, 1995. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Le cerveau, un centre nerveux 109
E Je vérifie mes connaissances xercices 1. Construire une phrase 1. Les messages nerveux sont transmis de neurone à neurone au niveau des synapses. 2. Le cerveau est constitué de très nombreux neurones organisés en réseaux. 3. C est au niveau des synapses que sont transmis les messages nerveux par l intermédiaire de messagers chimiques. 2. Questions-réponses 1. Le message nerveux est transmis d un neurone à un autre par l intermédiaire de messagers chimiques au niveau des synapses. 2. Les neurones sont organisés en réseau dans le cerveau. 3. Les facteurs qui perturbent le fonctionnement du cerveau sont : la fatigue, la consommation d alcool et de drogues. 4. Les drogues modifient le comportement d un individu en agissant comme les messagers chimiques au niveau des synapses. 3. Définition 1. c. 2. a. 3. b. 4. Une observation microscopique 1. noyau membrane cytoplasme prolongement cytoplasmique (axone ou dendrite) 2. Ces cellules se trouvent dans le cerveau et la moëlle épinière. 3. Un neurone est en communication avec plusieurs autres neurones, ils forment un réseau. 5. Légender un schéma 1., 2. et 3. message nerveux vésicule contenant les messagers chimiques messagers chimiques neurone 1 fente synaptique neurone 2 1. Après avoir décalqué le schéma, ajouter les légendes : vésicule et fente synaptique. Voir schéma ci-dessus. 2. Ajouter le message nerveux, représenté par une flèche bleue allant du neurone 1 vers le neurone 2 (ici en pointillé). 3. Dessiner des ronds rouges (ici noir) dans les vésicules et dans la fente synaptique. Ne pas oublier d en ajouter collés à la membrane du neurone 2. 4. Titre : «La synapse zone de communication entre deux neurones». 5. Les structures représentées par ce schéma se trouvent dans le cerveau, la moelle épinière J applique mes connaissances Exercice guidé 6. L action de la nicotine sur le cerveau 1. L activité du cerveau d un fumeur est moins importante que celle d un cerveau de non-fumeur. La nicotine inactive le cerveau. 2. Voir schéma ci-contre. 3. La nicotine se fixe sur les synapses et augmente la libération d un messager chimique au niveau des synapses, celui-ci inactive les neurones. Lieu de fixation de la nicotine synapse 110 Le cerveau, un centre nerveux
7. Être concentré au volant 1. Les facteurs qui augmentent le temps de réaction sont : la fatigue, la déconcentration, la consommation de drogue ou d alcool. 60 50 40 30 20 distance d arrêt (en m) conducteur b 10 conducteur a vitesse de la voiture (km/h) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 10. Les communication entre neurones 1. Les zones entourées en vert sont les synapses. 2. Si on stimule le neurone 1, on retrouve le message nerveux dans le neurone 2. Si on stimule le neurone 2, on ne retrouve pas le message nerveux dans le neurone 1. La transmission du message nerveux ne se fait que dans un seul sens : du neurone 1 vers le neurone 2. 3. La transmission d un message nerveux d un neurone à un autre neurone se fait par l intermédiaire de messagers chimiques libérés par le premier neurone au niveau d une synapse. 11. 1. Entre deux neurones 2. Distance d arrêt du véhicule en fonction de la vitesse. 3. La distance d arrêt est plus longue lorsque le temps de réaction est plus grand et s allonge avec l augmentation de la vitesse du véhicule. 4. Le temps de réaction est augmenté lorsque la personne est sous l emprise de la drogue. La distance de freinage est alors augmentée. Des accidents arrivent plus souvent car la vigilance des personnes droguées est diminuée. 8. Boire ou conduire, il faut choisir! 1. La distance parcourue est la distance que le véhicule parcourt entre le moment où le conducteur perçoit le danger et freine en ajoutant la distance de freinage du véhicule. 2. Le conducteur ayant un taux d alcool de 0,5 g/l s arrête plus tard que le conducteur à jeun car son temps de réaction est plus long. 3. La consommation d alcool perturbe les capacités à conduire en augmentant le temps de réaction et en troublant la vision. 9. Une agression sans agresseur 1. Les utilisateurs d hallucinogène deviennent agressifs. 2. Ceux-ci se sentent agressés et persécutés car la perception du temps et de l espace est modifiée, de plus les couleurs semblent plus vives et les sons plus forts. 3. Les hallucinogènes agissent dans le cerveau au niveau des synapses. Ceux-ci agissent comme les messagers chimiques augmentant l activité des neurones. vésicule fente synaptique 2. La fente synaptique mesure 1 mm. Sur la photo, 1 cm = 0,3 μm. La fente synaptique est donc de 0,3 μm x 1 mm / 10 mm = 0,03 μm. 3. C est au niveau de la fente synaptique que les messagers chimiques sont libérés et vont se fixer sur le second neurone. 4. Les vésicules contenant les messagers chimiques se trouvent dans le neurone a. Le message est transmis du neurone a vers le neurone b. 12. Communiquer entre nerf et muscle 1. et 2. muscle fente synaptique terminaison nerveuse sens de la communication 3. Synapse entre un neurone et une cellule musculaire. Le cerveau, un centre nerveux 111
Chapitre Hormones et Je m interroge sur ces documents L ensemble de ces documents permet à l élève de remobiliser des connaissances relatives aux transformations pubertaires. Ces connaissances ont été construites lors de l étude de la partie «La transmission de la vie chez l Homme». Les textes qui accompagnent ces photographies apportent des informations complémentaires. La première photographie présente le résultat d un examen radiologique préconisé en cas de retard pubertaire ; le texte associé évoque un autre examen médical, le dosage sanguin du taux de certaines hormones, pouvant être pratiqué pour établir ou confirmer le diagnostic. Ainsi, l élève est amené à formuler, déjà, des hypothèses explicatives quant à l intervention de substances chimiques à l origine du déclenchement de la puberté. La deuxième photographie montre la silhouette d adultes et d enfants des deux sexes. Elle peut être utilisée comme support visant à faire émerger les connaissances acquises sur la nature des transformations pubertaires, en particulier l apparition de certains caractères sexuels secondaires. Le texte du troisième document apporte des informations sociétales en rapport avec l âge moyen de l apparition des règles chez les filles, en France. Ce document invite l élève à s interroger sur l origine des règles, phénomène commun à toutes les filles qui apparaît à un âge variable à la puberté. L ensemble des documents conduit ainsi l élève à se poser des questions sur l origine des transformations pubertaires. Programme Programme officiel consultable sur le site du B.O. : hors série n 6 du 19 avril 2007. ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/2007/hs6/mene0750668a_annexe3.pdf Le programme présente les références au socle commun de connaissances et de compétences en caractères droits. Le reste du programme est en italique. Connaissances La puberté est due à une augmentation progressive des concentrations sanguines de certaines hormones fabriquées par le cerveau ; elles déclenchent le développement des testicules et des ovaires. Testicules et ovaires libèrent des hormones qui déclenchent l apparition des caractères sexuels secondaires. 112 Hormones et puberté Capacités déclinées dans une situation d apprentissage Pratiquer une démarche scientifique : questionner, formuler des hypothèses explicatives afin de connaître la relation entre deux organes. Exploiter des textes, tableaux, graphiques afin d établir le rôle des hormones dans la relation entre des organes. Exemples d activités Analyse de données sur les concentrations sanguines de gonadotrophines présentes dans le sang en fonction de l âge. Expérimentation à l aide de logiciels de simulation pour établir la relation ovaire-utérus. [B2i]
puberté Les hormones ovariennes (oestrogènes et progestérone) déterminent l état de la couche superficielle de l utérus. La diminution des concentrations sanguines de ces hormones déclenche les règles. Les transformations observées à la puberté sont déclenchées par des hormones qui assurent une relation entre les organes. Une hormone est une substance, fabriquée par un organe, libérée dans le sang et qui agit sur le fonctionnement d un organe-cible. Exprimer les résultats d une recherche : réaliser un schéma fonctionnel traduisant la communication hormonale entre organes. Situer dans le temps des découvertes scientifiques. [Compétence 5] Conception d une démarche expérimentale montrant les liens entre ovaires et utérus. Construction d un schéma fonctionnel illustrant la relation hormonale entre organes. Identification à partir de documents d un organe producteur d hormone et de l organe cible par exemple pour l insuline ou l hormone de croissance. Exploitation de résultats d expériences historiques (ablations, greffes d organes). [Histoire des sciences]. Les acquis de l École primaire Paru au B.O. hors série n 1 du 14 février 2002 consultable sur le site du B.O. : http://www.education.gouv.fr/bo/ 2002/hs1/default.htm Au Cycle 3 Transmission de la vie chez les êtres humains Il existe des différences entre l homme et la femme : l organisation du corps varie en fonction du sexe. À partir de la puberté, l homme produit des spermatozoïdes, la femme produit des ovules (âge variable). Documents d accompagnement Fiches 14, des cycles 2 et 3, consultables sur le site du CNDP : http://www.cndp.fr/, à la rubrique «Enseigner primaire secondaire» Thèmes de convergence Paru au B.O. hors-série n 6, volume 2 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse du site : http://www.education. gouv.fr/bo/2007/hs6/mene0750668a_annexe5.pdf L objectif de ce chapitre est de mettre en évidence que le fonctionnement de l organisme est lié à l existence de communications entre les organes. Il s agit de montrer que le fonctionnement d un organe modifie le fonctionnement d un autre, par voie hormonale. Ainsi, ce chapitre complète le chapitre 10 en mettant en évidence un type de communication entre organes autre que la communication nerveuse. Le socle commun de connaissances et de compétences Socle commun complet, paru au B.O. n 29 du 29 juillet 2006 consultable sur le site du B.O. : http://www. education.gouv.fr/bo/2006/29/mene0601554d.htm Mise en œuvre du socle commun dans le programme de Sciences de la Vie et de la Terre, paru au B.O. n 6 du 19 avril 2007, téléchargeable à l adresse Internet (introduction) : ftp://trf.education.gouv.fr/pub/edutel/bo/ 2007/hs6/MENE0750668A_annexe1.pdf Ce chapitre participe à la construction de connaissances et au développement de compétences : connaître «l organisation et le fonctionnement du corps humain», s informer sur la sexualité et la santé, «savoir observer, questionner, formuler une hypothèse et la valider, argumenter», «percevoir le lien entre sciences et techniques». Attitudes développées au cours des quatre activités de ce chapitre l imagination raisonnée ; l esprit critique : distinction entre le prouvé et le probable. B2i Le B2i pour le collège est défini dans l arrêté paru au B.O. du 20 juillet 2006 : http://www.education.gouv.fr/ bo/2006/29/mene0601490a.htm Les modalités d évaluation du B2i sont présentées dans la circulaire de mise en œuvre parue au B.O. du 16 novembre 2006. Elle présente en annexes le tableau synoptique des items évalués et les feuilles de position «élèves» : http://www.education.gouv.fr/bo/2006/42/ MENE0602673C.htm Atelier B2i (page 211) : cette activité spécifique participe à la construction, par l élève, de la Compétence C.3.5 : «savoir regrouper dans un même document des images et du texte», en lui proposant d insérer des symboles (flèches et cercles), des zones de texte et de déplacer l ensemble des éléments afin de construire un schéma de synthèse de la communication hormonale. Le logiciel utilisé est OpenOffice Writer, mais tout autre logiciel de traitement de texte, tel que Word, peut être utilisé pour réaliser cette activité. Le site : www.didiersvt.com/4/b2i/11.html propose toutes les ressources pour élaborer cette activité : un fichier texte à modifier, l aide à l utilisation d OpenOffice Writer et de Microsoft Word. Hormones et puberté 113
Activité 1 L origine des transformations pubertaires Objectifs visés Cette activité a pour objectif de : mettre l élève en situation de formuler des hypothèses et de les tester afin d expliquer l origine du développement des organes reproducteurs à la puberté ; construire la notion d hormones à partir de l exemple du déclenchement de la puberté. Connaissances construites La puberté est due à une augmentation progressive des concentrations sanguines de certaines hormones fabriquées par le cerveau ; elles déclenchent le développement des testicules et des ovaires. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, ce chapitre participe à la construction de la connaissance du fonctionnement du corps humain. Les transformations observées à la puberté sont déclenchées par des hormones qui assurent une relation entre les organes. Une hormone est une substance, fabriquée par un organe, libérée dans le sang et qui agit sur le fonctionnement d un organe-cible. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Pratiquer une démarche scientifique : questionner, formuler des hypothèses explicatives afin de connaître la relation entre deux organes (documents a à d). Exploiter des tableaux, des textes et des schémas afin d établir le rôle des hormones dans la relation entre des organes (document e). Exprimer les résultats d une recherche : réaliser un schéma fonctionnel traduisant la communication hormonale entre organes (document f). 114 Hormones et puberté
Réponses aux questions posées 1. c c n a ang n d c a n h m fa pa l c вa a gm n n à pa d la p e j à l âg ad, en m m t m d в n l t c c l ga ç e l a c la f. n p d c p n l a gm n a p og в d c c n a ang n d c h m d c nc la p. 2. à l in c d h m fa pa l hy y ( gan a n вa d c вa ) à un p, в un d в m n d t c d mâ e d a d la f m. r a ind n c h m p o n l d c nc m n d gan r od c r a c m pa l ex nc d a a d l hy y, en a n l a nc d d в m n d gan r od c 3. d в m n d gan r od c à la p e p o pa l ac d h m p od pa l c вa e l dan l ang. gan r od c d c l gan c d c h m c a 4. a p e d à un a gm n a p og в d c c n a ang n d c a n h m fa pa l c вa ; e d c nc n l d в m n d t c e d a Matériel et mise en œuvre : Cette activité se prête à la réalisation d un schéma de synthèse sur la communication hormonale. Dans cette optique, le document f peut constituer un fond de schéma sur lequel les élèves peuvent identifi er, dans le sujet d étude proposé : un organe producteur d hormones (le cerveau) ; un organe-cible de ces hormones (testicules ou ovaires) ; une voie de communication sanguine. Ainsi, la réalité d une communication hormonale à l origine du déclenchement de la puberté est attestée par la confrontation de résultats expérimentaux avec un schéma théorique de la communication hormonale. Bibliographie : Des ouvrages généraux pour le professeur Coll., Manuel de Sciences de la Vie et de la Terre, Terminale S, éditions Didier, 2002. L.-J. Heffner, La reproduction humaine, édition De Boeck, collection sciences médicales, 2003. E. Marieb, Biologie humaine : anatomie et physiologie, édition De Boeck, collection Anatomie Physio, 2000. Des sites Internet Pour s interroger sur l origine du déclenchement de la puberté : le diagnostic d un retard pubertaire : http://www.med.univangers.fr/discipline/pediatrie/endoped0306/retard %20pubertaire.htm Pour lire une brève d un article sur l origine de la puberté : une maturation hypothalamique (publié en 2003 et issue de British Society for Neuroendocrinology) : http://wcentre.tours.inra.fr/ societeneuroendocrino/briefi ngs/briefi ng-ebling-18.htm Pour avoir un résumé sur la puberté dans l espèce humaine : l évolution hormonale durant la puberté : http://www.inrp.fr/ Acces/biotic/procreat/determin/html/puberHorm.htm Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Hormones et puberté 115
Activité 2 L apparition des caractères sexuels secondaires à partir de la puberté Objectifs visés Cette activité conduit l élève à découvrir les causes du développement des caractères sexuels secondaires. En parcourant les différents documents présentés, l élève est amené à éprouver l hypothèse selon laquelle les testicules et les ovaires libèrent des hormones, qui déclenchent l apparition des caractères sexuels secondaires. Ainsi, l étude de résultats expérimentaux permet à la fois de révéler l intervention d organes producteurs d hormones et l influence de ces dernières sur l apparition des caractères sexuels secondaires. Connaissances construites Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, ce chapitre participe à la construction de la connaissance du fonctionnement du corps humain. Les transformations observées à la puberté sont déclenchées par des hormones qui assurent une relation entre les organes. Une hormone est une substance, fabriquée par un organe, libérée dans le sang et qui agit sur le fonctionnement d un organe-cible. Testicules et ovaires libèrent des hormones qui déclenchent l apparition des caractères sexuels secondaires. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Pratiquer une démarche scientifique : questionner et formuler des hypothèses explicatives afin de connaître la relation entre deux organes (documents a, b, d et e). Exploiter des tableaux, des textes et des schémas afin d établir le rôle des hormones dans la relation entre des organes (documents c, f et g). 116 Hormones et puberté
Réponses aux questions posées 1. l a nc d ca ac x c da c un p an d hy og ad m, e l à un d в m n in an d gan r od c p f m l hy van : «l gan r od c in n dan l d в m n p a d ca ac x c da». 2. r a d l ex nc r a c l co p m n d c m c hy, ca l a a d t c en a n un r g d la c d coq, un d ca ac x c da d mâ. 3. L a a d ca ac x c da e l à l a gm n a d c c n a ang n d t e d œ og n 4. a t, p od pa l t c e r a d l a a d ca ac x c da n e, l in c d t à un co ca p o un c ƣ anc d a c. 5. A la p, l t c e l a l n d h m d c nc n l a a d ca ac x c da Matériel et mise en œuvre : De nombreuses expériences virtuelles disponibles sur Internet (voir Ressources) permettent de placer l élève en autonomie pour confi rmer, modifi er ou invalider des hypothèses explicatives du déclenchement de l apparition des caractères sexuels secondaires. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p 115 (activité 1). E. Perilleux, Biologie humaine, Anatomie, physiologie, santé, édition Nathan, collection Biologie Bac Terminal, 1995. Des sites Internet Pour consulter et/ou exploiter des résultats expérimentaux illustrés attestant d une communication hormonale : http://www. ac-reims.fr/datice/svt/ aller dans Ressources pédagogiques de l académie, puis dans Pour le lycée, Exemples d activités, choisir la rubrique «La régulation de l activité testiculaire chez les Mammifères» dans Classe de terminale S. Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Hormones et puberté 117
Activité 3 L origine des cycles menstruels chez la femme Objectifs visés Le but de cette activité est de mettre en évidence l existence d une communication hormonale entre les ovaires et l utérus ; cette communication est à l origine du cycle utérin. Ainsi, les règles sont abordées à un deuxième niveau explicatif : leur déclenchement est lié à une diminution des concentrations sanguines des hormones ovariennes. Connaissances construites Les hormones ovariennes (œstrogènes et progestérone) déterminent l état de la couche superficielle de l utérus. La diminution des concentrations sanguines de ces hormones déclenche les règles. Dans le cadre du socle commun de connaissances et de compétences, ce chapitre participe à la construction de la connaissance du fonctionnement du corps humain. Les transformations observées à la puberté sont déclenchées par des hormones qui assurent une relation entre les organes. Une hormone est une substance, fabriquée par un organe, libérée dans le sang et qui agit sur le fonctionnement d un organe-cible. Les capacités et compétences déclinées au cours de cette activité Pratiquer une démarche scientifique : questionner et formuler des hypothèses explicatives afin de connaître la relation entre deux organes (document b). Exploiter des textes, tableaux, schémas afin d établir le rôle des hormones dans la relation entre des organes (document c). 118 Hormones et puberté
Réponses aux questions posées 1. a n p c ac в in ॐ n l r g c la f. 2. l c c n a ang n d œ og n e d p og é p l é a d la c c c d la pa ƣ d l u e im an. 3. n p l r g d c nc pa un d m n d c c n a ang n d c h m a 4. n l a nc d a l u d la n pa d mod ca cyc. n, l in c d h m a r a l f c m n cyc d l u n p d c en c c l a e un gan p od c d h m ag n l u en mod an l é a d la c c c. a na d l ac d c h m d nd d l c c n a ang n. la c c n a d c h m d m n, l r g p od n. Matériel et mise en œuvre : La mise en évidence d un lien entre les concentrations sanguines des hormones ovariennes et l épaisseur de la couche superfi cielle de la paroi de l utérus peut être facilitée par l étude d une animation Flash. Une telle animation, que l on peut étudier directement en ligne (http://vecteur. ca/ressources/sciences/cycle_reproducteur/cycle_ reproducteur.swf) ou bien télécharger librement, est un support intéressant car les élèves peuvent réaliser des arrêts à différentes périodes du cycle menstruel et comparer alors l épaisseur de la muqueuse utérine et les concentrations sanguines d œstrogènes et de progestérone. Ressources : Des ouvrages généraux pour le professeur Voir la liste proposée p 115 (activité 1). Des sites Internet Pour visionner ou/et utiliser une animation permettant de comprendre l origine des règles : http://vecteur.ca/ressources/ sciences/cycle_reproducteur/cycle_reproducteur.swf Pour avoir des informations sur l âge moyen des premières règles chez les femmes en France : http://www.ined.fr/fr/ tout_savoir_population/fiches_pedagogiques/a_ quel_age_les_premieres_regles/ Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom. Hormones et puberté 119
E Je vérifie mes connaissances xercices 1. QCM 1. a 2. b 3. b 2. Représenter une relation entre organes 1. et 2. Ovaire Organe producteur d hormones Circulation des hormones dans le sang Utérus Organe-cible des hormones 3. Suite à cette communication hormonale, l épaisseur de la paroi interne de l utérus augmente. 3. Schéma fonctionnel Augmentation de la production d hormones ovariennes A pour conséquence Augmentation de l épaisseur de la paroi interne de l utérus Diminution de la production d hormones ovariennes A pour conséquence Règles 4. Mots croisés 1 H O R M O N E S 2 V O I X 3 A D O L E S C E N C E 4 P O I L S 5 P U B E R T E 6 U T E R U S Le mot vertical est : ovaire J applique mes connaissances Exercice guidé 5. Retard important 1. Cette personne est de sexe féminin car elle produit des hormones ovariennes. 2. Ces périodes correspondent aux règles parce qu elles : coïncident avec une production minimale d hormones ovariennes, durent à peu près 5 jours, surviennent régulièrement à peu près tous les 28 jours. 3. Pendant la période 1, la production d hormones est cyclique alors qu elle ne cesse d augmenter pendant la période 2. 4. L augmentation continue de la production d hormones ovariennes s explique par la survenue d une grossesse après les dernières règles. 5. Pendant la période F-G, la paroi interne de l utérus est épaisse. 120 Hormones et puberté
6. Origine du diabète 1. Le glucose est stocké au niveau du foie. 2. L insuline est une hormone car le pancréas produit l insuline, qui agit sur un autre organe (le foie), en modifiant son action (stockage du glucose). 3. Le diabète est en rapport avec l absence de production d insuline par le pancréas. Le glucose n est alors plus stocké dans le foie et se déverse dans le sang. 7. Être enceinte? 1. Cette substance doit probablement passer du sang de l embryon dans la sang de la mère en passant par le placenta, puis, considérée par l organisme maternel comme un déchet, elle est éliminée par les reins. 2. Cette substance étant produite par l embryon, sa présence dans l urine d une femme permet d affirmer qu elle est enceinte. 3. Cette personne est à sa quatrième semaine de grossesse. 8. Accident de parcours 1. Le choc émotionnel a pour conséquence l arrêt de l ovulation. 2. L arrêt de l ovulation parait être en rapport avec l arrêt de la production d hormones hypophysaires. 3. L injection des molécules d origine hypophysaire a pour conséquence la réapparition de l ovulation. Ces molécules sont probablement des hormones qui stimulent le fonctionnement des ovaires. 9. Donner de la voix 1. À la suite de la castration, Farinelli n a pas subi les transformations de la puberté. Donc, sa voix n a pas mué. 2. Puisque l ablation des testicules s accompagne de l absence de développement des caractères sexuels secondaires, on peut en déduire que les testicules sont responsables de l apparition de ces caractères. 3. Les testicules sont des organes qui produisent des spermatozoïdes ; donc la castration est une pratique qui rend l individu stérile. 4. Les testicules produisent des hormones, qui déclenchent l apparition des caractères sexuels secondaires comme la mue de la voix. En l absence de testicules, aucune hormone ne permet la mue de la voix. 10. Des changements de taille 1. Pendant l enfance, la concentration sanguine de testostérone est faible et constante. Il y a peu de variations de la taille du pénis durant cette période de la vie. Vers l âge de 12 ans, la concentration sanguine de testostérone augmente brutalement, ainsi que la taille du pénis. 2. C est à partir de l âge de 12 ans environ que des changements simultanés de la concentration sanguine de testostérone et de la taille du pénis apparaissent. 3. Ces changements correspondent à la puberté. 4. L augmentation de la concentration sanguine de testostérone provoque la croissance du pénis. 11. Le gigantisme 1. L excès d hormone de croissance dans le sang est la cause du gigantisme. 2 Les organes à l origine du gigantisme sont l hypophyse et les os. 3. L ablation de cellules hypophysaires permet de traiter les cas de gigantisme, car cette maladie peut être liée à une prolifération anormale de cellules de l hypophyse provoquant une augmentation de la production d hormone par cet organe. 12. Un traitement efficace de retard pubertaire 1. Les concentrations sanguines des hormones LH, FSH et de testostérone de ce jeune homme sont inférieures aux valeurs standards. 2. L injection de certaines hormones du cerveau (FSH et LH) provoque une augmentation du volume des testicules. 3. Lorsque les testicules se développent, ils fabriquent à leur tour des hormones (testostérone) qu ils libèrent dans le sang. Hormones et puberté 121
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