SVT SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE 4 Directeur d ouvrage André Duco e NOUVEAU PROGRAMME 2009 Auteurs Laure Ayrinhac, Sabine Bobée, Gérard Chapron, Fatima El Aziz Khalil, Yann Esnault, Clara Etner, Hervé Froissard, Camilia Hasnaoui, Jean-Jacques Mangier, Rudy Monnier, Lise Schroun, Gilles Thomas, Aurélie Zwang Couverture : JH Editorial / Minden Pictures / Globio / Katherine Feng SOMMAIRE Partie A REPRODUCTION SEXUÉE ET MAINTIEN DES ESPÈCES DANS LES MILIEUX 2 Chapitre 1 La reproduction sexuée des êtres vivants 3 Chapitre 2 Reproduction sexuée et conditions des milieux de vie 7 Partie B LA TRANSMISSION DE LA VIE CHEZ L HOMME 11 Chapitre 1 Devenir un homme, devenir une femme 12 Chapitre 2 La formation d un nouvel être humain 17 Chapitre 3 Choisir d avoir ou nom un enfant 21 Partie C RELATIONS AU SEIN DE L ORGANISME 24 Chapitre 1 L organisme en mouvement 25 Chapitre 2 Les perturbations du système nerveux 30 Chapitre 3 Le déclenchement des transformations du corps à la puberté 34 Partie C L ACTIVITÉ INTERNE DU GLOBE 38 Chapitre 1 Les séismes 40 Chapitre 2 Le volcanisme 44 Chapitre 3 La structure externe de la Terre 49 Chapitre 4 Les mouvements des plaques lithosphériques 53 Chapitre 5 L Homme face aux risques géologiques 58 Ce livre du professeur a été réalisé pour expliciter les choix pédagogiques et scientifiques du manuel de SVT 4 e. Il suit le découpage du manuel, en démontre la conformité par rapport au programme officiel, et surtout explique la démarche pédagogique voulue par les auteurs. Les enseignants y trouveront des pistes de travail pour la classe et l ensemble des compétences méthodologiques visées pour les activités pédagogiques et les exercices du manuel. Des fiches photocopiables avec exercices complémentaires et schémas «muets», des documents et des compléments d informations sont disponibles sur le site du manuel de SVT 4 e (voir l adresse cidessous et la liste au dos du présent ouvrage). Livre du professeur téléchargeable gratuitement sur le site du manuel de SVT 4 e : www.libtheque.fr/svtcollege Éditions Belin 2011 8, RUE FÉROU, 75278 PARIS CEDEX 06 WWW.EDITIONS-BELIN.COM
Partie A Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux Programme officiel : «Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux» (répartition conseillée : 10 %) Objectifs scientifiques : «Il s agit : de parvenir à une généralisation concernant la reproduction sexuée ; de mettre en relation les conditions de reproduction sexuée et le devenir d une espèce dans les milieux ; d enrichir la classification, amorcée en classe de sixième, avec les nouvelles espèces rencontrées et ainsi de renforcer l idée de biodiversité et de préparer l approche du concept d évolution.» Objectifs éducatifs : «Cette partie contribue à l éducation pour un développement durable, puisque les activités humaines influent sur les caractéristiques des milieux et donc sur la reproduction sexuée et le devenir des espèces.» Connaissances du programme «Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux» Cohérence verticale : Fiches 4 et 7 (cycles 2 et 3) ; espèce, classification des êtres vivants, colonisation du milieu par les végétaux (6 e ) ; conditions de vie et répartition des êtres vivants dans l environnement (6 e et 5 e ). La reproduction sexuée animale comme végétale comporte l union d une cellule reproductrice mâle et d une cellule reproductrice femelle. Le résultat de la fécondation est une cellule-œuf à l origine d un nouvel individu. L union des cellules reproductrices mâle et femelle a lieu dans le milieu ou dans l organisme. Correspondance avec le manuel Partie A : Reproduction sexuée et maintien des espèces dans les milieux x Je m interroge pour commencer (pp. 10-11 du manuel de l élève) x Ce que je sais déjà (p. 12 du manuel de l élève) x Chapitre 1. La reproduction sexuée des êtres vivants (pp. 13-26 du manuel de l élève) x Unité 1. La fécondation externe à l origine d un nouvel individu x Unité 2. La fécondation interne à l origine d un nouvel individu x Unité 3. Des mécanismes pour favoriser la fécondation La reproduction sexuée permet aux espèces de se maintenir dans un milieu. Les conditions du milieu influent sur la reproduction sexuée et donc sur le devenir d une espèce. L Homme peut aussi influer sur la reproduction sexuée, et ainsi porter atteinte, préserver ou recréer une biodiversité. x Chapitre 2. Reproduction sexuée et conditions des milieux de vie (pp. 27-41 du manuel de l élève) x Unité 1. Reproduction sexuée et milieux de vie x Unité 2. Reproduction sexuée et ressources alimentaires x Unité 3. Influence de l Homme sur la reproduction sexuée 2
1 La reproduction sexuée des êtres vivants 1 La fécondation externe à l origine d un nouvel individu Capacités du programme Observer, recenser et organiser des informations permettant de reconnaître une reproduction sexuée à l origine d un nouvel individu. Observer, recenser et organiser des informations afin de distinguer une fécondation interne et une fécondation externe. Effectuer un geste technique en réalisant une observation microscopique de cellules reproductrices et/ou d une fécondation. Observer, recenser et organiser des informations afin de placer un être vivant dans la classification. (pp. 14-15 du manuel de l élève) Compétences mises en œuvre dans l unité Observer la libération des cellules reproductrices et en déduire le lieu de la fécondation (doc. 1 à 7). Observer les cellules reproductrices et réaliser la fécondation du fucus (doc. 5 à 7). Classer l omble de fontaine (doc. 1). Conseils et suggestions Les élèves utiliseront leurs acquis de 6 e sur la reproduction sexuée, les cycles de vie et la classification générale des êtres vivants. Ce chapitre généralise la reproduction sexuée, en la recentrant sur la notion essentielle de fécondation, union de deux cellules reproductrices à l origine de la celluleœuf. On insistera sur la nécessaire distinction entre cellule-œuf et œuf. On privilégie l expression «cellules reproductrices» à «spermatozoïdes» et «ovules». L étude du développement et des stades larvaires n est pas au programme, de même que la parthénogenèse, l hermaphrodisme et la double fécondation chez les végétaux. Dans cette unité, on utilise l omble de fontaine pour illustrer la reproduction externe chez un animal aquatique. Autre exemple, le fucus qui n est pas un végétal au sens strict, mais fait partie de la «lignée végétale» (voir l article de M.-A. Selosse, «Animal ou végétal?», Pour la Science, décembre 2006). Nous avons choisi cet exemple pour sa simplicité. L observation de la libération des cellules reproductrices chez l omble de fontaine et le fucus permet de mettre en évidence les caractéristiques de la fécondation externe (doc. 1 à 7). L observation des cellules reproductrices et de la fécondation chez le fucus sont deux manipulations réalisables en classe (doc. 5 à 7). La définition de la fécondation se limite dans cette partie à «l union d une cellule reproductrice mâle et d une cellule reproductrice femelle». La notion de fécondation sera précisée dans la partie B du manuel (voir p. 65 du manuel), où l on insistera aussi sur le fait que les cellules reproductrices sont des cellules. L atelier «Des métiers en relation avec la reproduction» (p. 22 du manuel de l élève) permet de découvrir des métiers en relation avec cette partie du programme. L atelier «Des crapauds en caleçon» (p. 23 du manuel) permet de prolonger cette unité en exploitant des expériences qui montrent le rôle des cellules reproductrices dans la reproduction. Exploitation des documents par les activités 1 Doc. 1 (S informer à partir de documents). L omble de fontaine est un poisson à nageoires rayonnées, car il a un squelette et des nageoires avec des rayons. 2 Doc. 2, 3 et 7 (S informer à partir de documents). Pour les deux espèces, les cellules reproductrices mâles sont très petites. Les cellules reproductrices femelles sont plus grosses et rondes. 3 Doc. 7 (Communiquer par un dessin). ovule noyau La fécondation chez le fucus spermatozoïde 4 Doc. 1 à 3, 5 et 6 (S informer à partir de documents). Chez ces deux espèces, les cellules reproductrices sont libérées dans le milieu extérieur (dans l eau). La fécondation se fait dans l eau, elle est donc externe. 5 Doc. 4 et 7 (S informer à partir de documents). Le résultat de la fécondation chez l omble de fontaine et chez le fucus est la formation d une cellule-œuf qui deviendra ensuite un nouvel individu. A Chapitre 1 La reproduction sexuée des êtres vivants 3
6 En conclusion (Organiser et communiquer). La fécondation externe a lieu hors de l organisme de la femelle. Les cellules reproductrices sont émises dans le milieu extérieur (dans l eau), où la fécondation a lieu. 2 La fécondation interne à l origine d un nouvel individu Capacités du programme Observer, recenser et organiser des informations permettant de reconnaître une reproduction sexuée à l origine d un nouvel individu. Observer, recenser et organiser des informations afin de distinguer une fécondation interne et une fécondation externe. Observer, recenser et organiser des informations afin de placer un être vivant dans la classification. (pp. 16-17 du manuel de l élève) Compétences mises en œuvre dans l unité Observer et comprendre l accouplement d animaux d élevage (doc. 1 à 8). Identifier le lieu de la fécondation (doc. 2, 5 et 7). Observer le résultat de la fécondation (doc. 3, 4,6 et 8). Classer le bombyx et la poule (doc. 1 et 5). Conseils et suggestions Dans cette unité, on utilise le bombyx éri et la poule pour illustrer la fécondation interne. Le bombyx éri est facile à élever et le dimorphisme sexuel est marqué. Il est aisé de se procurer des œufs (auprès de l OPIE). De plus, les adultes ne se nourrissent pas et les chenilles mangent du troène que l on trouve même en hiver, ce qui rend l élevage facile tout au long de l année. Le cycle de vie de ce papillon dure 2,5 à 3 mois. L observation de l accouplement chez la poule permet aux élèves de déduire le lieu de rencontre des cellules reproductrices et donc les caractéristiques de la fécondation interne. Exploitation des documents par les activités 1 Doc. 1 et 5 (S informer à partir de documents). Le bombyx éri possède un squelette externe et 3 paires de pattes articulées, c est un insecte. La poule possède un squelette interne, un squelette d os, 4 membres, des plumes : c est un oiseau. 2 Doc. 2 à 4 (S informer à partir de documents). 3 Doc. 5 à 8 (S informer à partir de documents). Les cellules reproductrices femelles sont libérées dans le corps de la poule, les cellules reproductrices mâles sont aussi libérées dans le corps de la femelle grâce à un accouplement. La fécondation se fait donc dans le corps de la femelle, elle est interne. 4 Doc. 5 et 7 (S informer à partir de documents). Les spermatozoïdes passent des testicules du coq dans des conduits, puis passent dans l appareil reproducteur de la poule grâce à l accouplement. Ils remontent dans l oviducte jusqu à l ovule. Un seul spermatozoïde fécondera l ovule. Les deux cellules reproductrices assurent la fécondation. 5 Doc. 3 et 4, 6 et 8 (S informer à partir de documents). Le résultat de la fécondation est la formation d une cellule-œuf qui donnera ensuite un nouvel individu. 6 En conclusion (Organiser et communiquer). La fécondation interne a lieu dans l organisme de la femelle. Elle nécessite un accouplement qui permet de rapprocher une cellule reproductrice mâle et une cellule reproductrice femelle. 4
3 Des mécanismes pour favoriser la fécondation (pp. 18-19 du manuel de l élève) Capacités du programme Observer, recenser et organiser des informations montrant l attraction des cellules reproductrices. Effectuer un geste technique en réalisant une observation microscopique de cellules reproductrices et/ou d une fécondation. Observer, recenser et organiser des informations afin de placer un organisme vivant dans la classification. Compétences mises en œuvre dans l unité Comprendre des mécanismes qui favorisent la fécondation à l échelle des cellules reproductrices (doc. 1 à 6). Placer un être vivant dans la classification (doc. 1). Construire un tableau de synthèse (doc. 1 à 7). Conseils et suggestions Cette unité vise à montrer l attraction des cellules reproductrices chez l oursin et l attraction du tube pollinique chez une plante à fleur. Précisons qu il n existe pas d expérience simple réalisable en classe montrant l attraction des spermatozoïdes par les ovules d oursin. L expérience souvent présentée dans les manuels scolaires (2 gouttes déposées sur une lame mince et observation du passage des spermatozoïdes vers la goutte contenant les ovules) est contestée par les scientifiques (expérience non reproductible). L eau dans laquelle ont macéré les ovules induit cependant l agglutination des spermatozoïdes : le phénomène s observe chez Paracentrotus lividus et Arbacia lixula, mais ne constitue néanmoins pas une preuve scientifique du chémotactisme chez ces deux espèces ; une des interprétations est qu il se produit une réaction entre des glycoprotéines entourant les ovules (les antifertilisines) et des récepteurs de surface sur les spermatozoïdes (les fertilisines). En revanche, le chémotactisme a été effectivement démontré chez une espèce américaine, Arabacia punctulata, sans doute l espèce la plus étudiée. C est l expérience qui est reproduite doc. 3. L hermaphrodisme n est pas au programme, mais l exemple du lis n est pas nouveau pour les élèves (classe de 6 e ). L expérience de germination des grains de pollen (doc. 6) est réalisable en classe et permet un travail en autonomie des élèves. Les résultats sont observables à la loupe binoculaire. On réinvestira les acquis de 6 e sur la reproduction sexuée des plantes à fleurs. Rappel : le grain de pollen et l ovule ne sont pas les cellules reproductrices ; celles-ci se forment à l intérieur du grain de pollen germé et à l intérieur de l ovule. La notion de double fécondation chez les plantes à fleurs n est pas au programme. Les ateliers «Chérie comme tu sens bon!» et «Apprendre à reconnaître le chant des grillons!» offrent un prolongement à l unité (limitée à l attraction des cellules reproductrices, conformément au programme) en montrant comment la fécondation peut aussi être facilitée par la rencontre des individus. Exploitation des documents par les activités 1 Doc. 1 et 4 (S informer à partir de documents). L oursin est un animal qui a un squelette dans la peau. C est un échinoderme. Le lis est un végétal vert, qui a des tiges, des feuilles et des fleurs. C est une plante à fleurs. 2 Doc. 2 (Raisonner). On veut vérifier que les cellules reproductrices se rencontrent et se fécondent dans l eau. 3 Doc. 3 (Raisonner à partir d expériences). On voit que les spermatozoïdes se regroupent autour de la pipette qui a contenu des ovules. Par contre, ils ne se regroupent pas autour de la pipette remplie d eau de mer. On en conclut que les spermatozoïdes sont attirés par une substance émise dans l eau de mer par les ovules d oursin. 4 Doc. 4 à 6 (S informer à partir de documents). On voit qu en l absence d ovaire, les grains de pollen germent, mais les tubes polliniques partent dans tous les sens. Par contre, en présence de la tranche d ovaire, les tubes polliniques sont attirés par celle-ci. Le pollen est déposé au niveau de l extrémité du pistil, donc à distance de l ovaire. Le tube pollinique permet la rencontre entre une cellule reproductrice mâle (contenue dans le grain de pollen) et une cellule reproductrice femelle (contenue dans l ovule). 5 En conclusion (Organiser et communiquer). Type de fécondation Ce qui favorise la fécondation Oursin Externe La fécondation est favorisée par l attraction des cellules reproductrices. Lis Le tube pollinique amène les cellules reproductrices mâles (contenues dans le pollen) au contact des cellules reproductrices femelles (contenues dans l ovule). A Chapitre 1 La reproduction sexuée des êtres vivants 5
(pp. 24-25 du manuel de l élève) Les corrigés de la rubrique «Je vérifie mes connaissances» (p. 24 du manuel de l élève) et le corrigé de l exercice guidé (p. 26) se trouvent à la fin du manuel élève (p. 218). Sont proposés ici les corrigés des exercices de la rubrique «J applique mes connaissances» et de l exercice d application de la rubrique «Méthode». 4 PISA La reproduction du corail Raisonner à partir d un texte. Cet exercice réinvestit les connaissances acquises dans les 3 unités. L élève doit retrouver le mode de fécondation d une espèce qu il ne connaît pas et raisonner. 1. a. 2 ; b. 2. 2. L émission simultanée des cellules reproductrices permet de donner plus de chance à la fécondation. Si ce n était pas le cas, les cellules reproductrices se perdraient dans l océan sans jamais se rencontrer. Le fait qu il y en ait beaucoup donne aussi plus de chance à la fécondation de se produire. 5 La reproduction de la grenouille rousse xtraire des informations d un texte et raisonner. Cet exercice se rapporte aux unités 1 et 3. L élève doit retrouver le mode de fécondation de la grenouille rousse et retrouver les comportements qui favorisent la rencontre des cellules reproductrices. a. Le mâle libère des cellules reproductrices mâles, des spermatozoïdes. b. La fécondation est externe car les cellules reproductrices sont libérées dans l eau, où la fécondation a lieu. c. Les mâles coassent pour attirer les femelles. De plus, même si la fécondation est externe, il y a accouplement. Cela permet aux ovules d avoir plus de chance d être fécondés. Le mâle arrose les ovules au fur et à mesure que la femelle les pond. Ils seront certainement fécondés en grand nombre. 6 Les cellules reproductrices Réaliser un dessin scientifique. Cet exercice réinvestit les connaissances à propos des cellules reproductrices et de leur taille. a. La cellule reproductrice représentée en 1 est une cellule reproductrice femelle, soit un ovule. Celle représentée en 2 est une cellule reproductrice mâle, soit un spermatozoïde. b. Taille de l ovule : 60 mm/600 = 0,1 mm. Taille du spermatozoïde : 50 mm/3 000 = 0,017 mm. c. A Ovule cytoplasme membrane noyau B Spermatozoïde membrane flagelle cytoplasme d. Le résultat d une fécondation est la formation d une cellule-œuf, à l origine d un nouvel individu. 7 La reproduction de quatre animaux xtraire des informations de textes et raisonner. Cet exercice permet un prolongement des unités 1 et 2. L élève doit replacer les 4 animaux dans la classification des animaux et, grâce à des informations et à des photos, il doit déduire le mode de fécondation des animaux. Cerf Marsouin commun Truite commune Roussette Groupe de classification Mammifère (on voit les poils) Mammifère (la femelle allaite) Poisson à nageoires rayonnées (nageoires à rayons) Poisson à squelette cartilagineux (squelette cartilagineux) Type de fécondation (accouplement) (accouplement) Externe (dans l eau) (accouplement) 8 9 J apprends à formuler et à tester une hypothèse (Méthode) Exercice guidé : voir le corrigé p. 218 du manuel de l élève. Réponses attendues pour l exercice d application : a. On cherche à savoir ce qui attire les vers luisants mâles. b. Je suppose que les mâles sont attirés par l abdomen luminescent (le lampion) de la femelle. c. L élève peut schématiser, en s inspirant de l exercice 8, une femelle sous un carton et une femelle sous un bocal en verre, avec des mâles autour dans les deux cas. d. Si l hypothèse est validée (si les mâles sont bien attirés par le lampion de la femelle), ils voleront vers la femelle sous le bocal en verre, pas vers celle sous le carton. 6