Exemple 2 (niveau 2 nde ) : L organisation anatomique facilite un meilleur approvisionnement des muscles en dioxygène et en nutriments lors d une activité physique Durée : 1h30 Contexte transversal et situation problème Cette séance prend ses racines dans la partie «Fonctionnement de l organisme et besoin en énergie» étudiée en classe de 5 ème. Les élèves y ont découvert que la circulation sanguine assure la continuité des échanges au niveau des organes (schéma présentant un système clos, une boucle pour la circulation pulmonaire, une seconde boucle pour la circulation générale, les organes de la circulation générale étant placés en parallèle, sans justification cependant). Trois ans se sont passés entre la 5 ème et la 2 nde, si bien que des représentations très diverses concernant le sujet sont décelables chez les élèves. L exemple proposé ici s intègre dans le thème 3 du programme de Seconde (BO spécial n 4 du 29 avril 2010) intitulé «Corps humain et santé : l exercice physique». Lors du cours précédent, les élèves ont déjà traité l organisation du cœur et son rôle dans la mise en circulation du sang. Reste à comprendre comment apporter plus de nutriments et de dioxygène aux muscles lors d un effort physique. Le support de travail Divers documents mis sous enveloppes, que les élèves demanderont ou iront chercher par eux-mêmes en fonction des besoins (NB : l ordre donné aux documents, présentés en annexe, n est pas forcément l ordre dans lequel les élèves travailleront, c est la raison pour laquelle chaque document est intitulé «Document», les élèves pouvant numéroter les documents dans l ordre d utilisation) : Dans le programme de la classe visée Les connaissances L organisation anatomique facilite l apport privilégié du dioxygène et des nutriments aux muscles lors d une activité physique. Les capacités Réaliser/compléter un schéma à partir de ses acquis, puis, si nécessaire, à partir de faits scientifiques. Selon leur niveau dans les acquis, les élèves ont alors travaillé différentes compétences et attitudes de manière différenciée, en fonction des besoins, telles que «s informer», «exploiter des données consignées dans un tableau», «émettre une hypothèse», «construire une argumentation», «faire preuve d esprit critique», «travailler en équipe», «accepter les propositions des autres, en les critiquant éventuellement de manière argumentée si nécessaire»,.
A/ Les consignes données aux élèves en début de séance 1 ) Partir des représentations des élèves : travail individuel «A l aide de tes connaissances (5 ème et 2 nde ) et des vignettes proposées (ci-dessous), réalise un schéma de manière à approvisionner les organes en nutriments et en dioxygène». 2 ) Confrontation des représentations des élèves : travail en binômes «Présentez votre proposition à votre binôme, puis repérez les points d accord et de désaccord». «Proposez un schéma à l enseignant». Vignettes pour que les élèvent construisent leurs représentations initiales. Légende des vaisseaux sanguins
Annexes (1 ) Document Evolution du débit sanguin (volume de sang traversant un organe à chaque minute), au repos et durant un effort physique. (2 ) Document Epreuves d endurance et troubles digestifs
(3 ) Document Des adaptations remarquables de l irrigation sanguine du muscle. Le muscle est un organe très bien irrigué : 1500 à 3000 capillaires sanguins par millimètre de coupe transversale de muscle. Au repos, 1 capillaire sanguin sur 10 seulement est ouvert à la circulation, les autres étant fermés. Pendant une activité physique, tous les vaisseaux sanguins s ouvrent. Les artérioles possèdent une couche musculaire qui permet de varier leur diamètre. On parle de vasoconstriction ou de vasodilatation. Les sphincters modulent la superficie des capillaires sanguins et donc le débit sanguin dans le muscle. Irrigation au niveau d un muscle au repos (a) et lors d un effort (b). Radiographie des coronaires
(4 ) Document : Activité et apport du dioxygène aux muscles
B/ Les consignes données aux élèves en cours de séance Les élèves devront maintenant confronter leurs représentations initiales à des observations scientifiques afin d améliorer leur schéma Deux objectifs : - permettre à ceux qui ne retrouvent plus les connaissances exigibles du niveau 5 ème de se remettre à niveau. - permettre à tous de construire les connaissances exigibles du niveau 2 nde. Selon le schéma obtenu, 3 situations (a, b, c) sont envisageables. a) Le schéma proposé est correct par rapport aux acquis de 5 ème. Fournir aux élèves le document (2 ). Les questions qui leur seront posées sont : 1 ) «Votre schéma permet-il de rendre compte de l observation réalisée dans ce document?» Ceci permet de valider cette première construction 2 ) «A l aide de ce document, formulez une ou des hypothèse(s) permettant d expliquer l apport en dioxygène et en nutriments plus important aux muscles lors d un effort physique. Pour cela, adaptez votre schéma pour rendre compte de cette observation, puis montrez à l enseignant» Les propositions des élèves peuvent être variées, en voici quelques exemples repérés en classe, et les réponses que l on peut apporter à l aide des documents proposés: Ajout de vaisseaux sanguins Préciser oralement que le nombre de vaisseaux sanguin reste constant lors d un effort physique. Faire réfléchir l élève sur un document non proposé ici et permettant d invalider cette hypothèse. L organisme produit plus de sang lors d un effort physique Axer la réflexion de l élève sur la cohérence entre sa proposition et le document (2 ) où il est précisé que si les muscles reçoivent plus de sang, c est au détriment d autres organes. Préciser oralement que le volume de sang reste constant (environ 5L), que l on soit au repos ou à l effort. Il y a des «robinets» qui s ouvrent et se ferment dans les vaisseaux sanguins Fournir le document (3 ), dans un premier temps uniquement la radiographie des coronaires, afin que l élève puisse affiner son hypothèse. Dans un deuxième temps il aura accès à la partie gauche du document afin de valider ou non cette dernière proposition. Il y n y a pas de proposition Fournir le document (3 ), dans un premier temps uniquement la radiographie des coronaires, afin que l élève puisse émettre une hypothèse. Comme ci-dessus, dans un deuxième temps il aura accès à la partie gauche du document afin de valider ou non l hypothèse réalisée. Il sera ainsi mis en évidence que l organisation anatomique facilite l apport privilégié du dioxygène et des nutriments aux muscles lors d une activité physique (double circulation en série et circulation générale en parallèle permettant d approvisionner tous les organes en dioxygène et en nutriments et d en apporter davantage aux organes plus actifs lors d une activité physique).
b) Le schéma proposé est erroné concernant la circulation générale en parallèle (Plusieurs élèves ont relié les organes de la circulation générale en série). Fournir aux élèves le document (2 ). Les questions qui leur seront posées sont : 1 ) «Votre schéma permet-il de rendre compte de l observation réalisée dans ce document» Comme dans le cas a), le constat pourra être fait que, lors d un effort physique, davantage de sang est délivré aux muscles et au cœur, au détriment d autres organes. Si les organes de la circulation générale sont reliés en série, les premiers organes se serviront en premier. Il sera donc difficile pour un muscle passant à la 50 ème place par exemple d être davantage approvisionné lors d une activité physique. 2 ) «Adaptez votre schéma pour rendre compte de cette observation, puis montrez-le à l enseignant» Si les élèves ne trouvent pas la solution de la circulation générale en parallèle par eux-mêmes, il leur sera demandé d échanger avec un autre groupe ayant la bonne solution, ou le document (4 ) leur sera proposé afin qu ils construisent un schéma correct à l aide de leurs vignettes. 3 ) Une fois le schéma bien construit, on peut alors demander aux élèves si ce nouveau schéma rend compte de l observation du document (2 ) : lors d un effort physique, davantage de sang est délivré aux muscles et au cœur, au détriment d autres organes, ce qui revient à continuer la réflexion au niveau de la situation a) 2 ). c) Le schéma proposé est erroné concernant les relations cœur-poumon. Fournir aux élèves le document (1 ). Les questions qui leur seront posées sont : 1 ) «Votre schéma bilan est-il cohérent avec cette observation? Justifiez votre réponse» Le fait que tout le volume sanguin passe à la fois par le cœur et par les poumons doit interpeler les élèves qui ont mal relié les poumons avec les autres organes. 2 ) «Adaptez votre schéma pour rendre compte de cette observation, puis montrez à l enseignant» Si les élèves ne trouvent pas la solution de la double circulation en série par eux-mêmes, il leur sera demandé d échanger avec un autre groupe ayant la bonne solution, ou le document (4 ) leur sera proposé afin qu ils construisent un schéma correct à l aide de leurs vignettes. 4 ) Une fois le schéma bien construit, on peut alors demander aux élèves si ce nouveau schéma rend compte de l observation du document (2 ) : lors d un effort physique, davantage de sang est délivré aux muscles et au cœur, au détriment d autres organes, ce qui revient à continuer la réflexion au niveau du point a) 2 ).
4 ) Mise en commun Construction d un résumé reprenant les découvertes essentielles faites durant la séance. NB. Les schémas ont été validés au cas par cas durant le cours. Commentaires Les élèves peuvent s auto-évaluer ou se co-évaluer à l aide d une fiche d auto-évaluation présentant les indicateurs de réussite pour la réalisation d un schéma, d un résumé, voire d autres compétences travaillées. Ce travail est d autant plus facile à réaliser que l effectif est restreint. Pour des effectifs plus importants, on peut envisager des groupes de 4 plutôt que des binômes (l enseignant limitera ainsi le nombre de groupes à visiter mais le fonctionnement des groupes s en trouvera certainement plus complexe). La séance suivante commencera par une évaluation formative dans laquelle il sera demandé à l élève de retrouver 3 ou 4 erreurs dans un schéma bilan réalisé d après la conception du système circulatoire par Galien.