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Sciences de la vie et de la Terre

ExAO et manipulations traditionnelles (mise-en-évidence des échanges de gazeux en 5e)

29 / 09 / 2006 | Webmestre | Bertrand Marne

Place dans la progression :

Après avoir avec les élèves construit l’idée que les organes consomment du dioxygène et des nutriments provenant du sang et y rejettent du dioxyde de carbone ; l’objectif de ces Travaux Pratiques est d’introduire la respiration humaine en recherchant l’origine du dioxygène apparu dans le sang et comment le dioxyde de carbone est évacué du sang.

Ainsi, ce TP fait la transition entre la partie du programme « Les muscles comme les autres organes réalisent avec le sang des échanges qui varient selon leur activité » et « le dioxygène utilisé en permanence par les organes provient de l’air ».

Objectifs de la séance :

Cognitifs :

- L’organisme absorbe/consomme du dioxygène venant de l’air.
- L’organisme rejette du dioxyde de carbone dans l’air.
- La consommation de dioxygène augmente avec l’effort physique.

Méthodologiques et techniques :

- Trouver et formuler une hypothèse à partir d’un problème scientifique.
- Faire une mesure avec un appareil d’ExAO.
- Faire une mise-en-évidence avec de l’eau de chaux.
- Critiquer ses résultats en fonction de ceux des autres.
- Analyser des résultats expérimentaux.
- Conclure à partir des résultats d’une expérience.
- Étudier un graphique simple.
- B2i Collège : domaine 2 (Adopter une attitude responsable) : « participer à des travaux collaboratifs en connaissant les enjeux et en respectant les règles »
- B2i Collège : domaine 3 (Créer, produire, traiter, exploiter des données) : « L’adéquation entre la nature des données et le type de logiciel détermine la pertinence du résultat des traitements »

Organisation du TP :

Problème et hypothèse(s) :

Le problème a été posé lors de la séance précédente sur les échanges des organes avec le sang.

Les élèves doivent formuler une hypothèse (ce qui sera plus facile s’ils ont étudié la respiration et l’occupation des milieux auparavant) sur l’origine du dioxygène présente dans le sang et sur la non-accumulation du dioxyde de carbone.

Les expériences :

Mesure de la teneur en dioxygène dans l’air inspiré/expiré
cliquez pour voir l’image complète.

Le TP s’organise en deux ateliers qui peuvent selon le temps disponible être parcourus par les élèves.

- Le premier atelier est celui d’une mesure de la teneur en dioxygène dans l’air inspiré et expiré grâce à un dispositif d’ExAO (une console VTT Jeulin sur l’image ci-contre)
- Le second atelier est celui d’une mise-en-évidence de la présence de dioxyde de carbone dans l’air inspiré ou expiré grâce à de l’eau de chaux (deux flacons, l’un pour l’air inspiré, l’autre pour l’air expiré).

Mise en évidence du dioxyde carbone dans l’air inspiré/expiré
cliquez pour voir l’image complète.

Il est conseillé (à étudier selon le matériel à disposition) de faire les ateliers sur plusieurs postes (plusieurs mesures d’ExAO, plusieurs tests à l’eau de chaux), puis de partager les résultats obtenus. Ce partage peut se faire de plusieurs façon, en voici deux :

- Faire remplir un transparent aux élèves avec leur résultats dès que la mesure est faite, puis faire calculer la moyenne des mesures ExAO et la synthèse des mises-en-évidences de dioxyde de carbone à la classe. Il est possible de faire de même au tableau.
- Faire compléter une feuille de calcul de tableur (préparée à l’avance) aux élèves avec leurs résultats. La moyenne est alors calculée automatiquement (la synthèse reste à faire). Il est même possible de faire cela en utilisant un tableur partagé comme Google Speadsheet [1]. Il est indispensable de faire comprendre aux élèves comment la valeur de la moyenne est obtenue par le tableur. On forme ainsi les élèves aux capacités du B2i Collège du domaine 3 (Créer, produire, traiter, exploiter des données) : « L’adéquation entre la nature des données et le type de logiciel détermine la pertinence du résultat des traitements » [2].

Exemples de résultats obtenus au repos
Vous pourrez retrouver ces résultats dans :
- un document OpenOffice.org
- un document MS Excel
- en ligne dans Google Spreadsheet

Analyses, conclusion et bilan :

Laisser les élèves répondre individuellement aux questions du polycopié à partir de la synthèse des résultats.
Le troisième atelier est fait en classe entière à partir d’une courbe de la consommation de dioxygène en fonction de l’effort, soit en laissant les élèves travailler seuls soit en travaillant de manière collective avec-eux.

À partir de l’ensemble des informations les élèves arrivent à la notion qui conclut le TP :

« L’organisme consomme du dioxygène et rejette du dioxyde de carbone grâce à la respiration. Ces échanges sont plus intenses lors d’un effort physique. Ils correspondent aux besoins des organes. »

Déroulement de la séance :

Voir la fiche de TP jointe.

D’un point de vue pratique il est important de découper la séance en parties minutées car les manipulations sont chronophages.

- Une première partie est consacrée au rappel du problème et à la détermination de l’hypothèse.
- Une seconde partie est consacrée à l’explication des expériences à mettre en œuvre. On peut raccourcir cette partie en accompagnant les ateliers de fiches de méthode (notamment pour l’utilisation du matériel ExAO). Ces fiches ne permettent pas de faire l’économie d’une explication, mais parfois celle d’une ré-explication.
- Une troisième partie est consacrée au travail des élèves devant leurs postes. En fonction du temps disponible vous pouvez faire inverser les postes aux élèves quand ils ont fini leur mesure.
- Une quatrième partie débute par la discussion sur la validité des résultats et les principes statistiques qui gouvernent une démarche expérimentale [3]. Cette partie se termine par le travail individuel des élèves sur l’analyse et la conclusion des expériences menées.
- Une cinquième partie permet d’étudier rapidement un diagramme de la teneur en dioxygène en fonction d’un effort physique (voir les manuels scolaires).
- Enfin le TP est conclu par le Bilan général.

Évaluation :

L’évaluation peut se faire de deux façons : en classe pendant le TP, et à partir des productions des élèves sur la fiche de TP.

- En classe on pourra évaluer :

  • la capacité à suivre les consignes des élèves.
  • Le respect du matériel et des autres.
  • La participation.
  • Etc.

- Dans la fiche TP on pourra évaluer :

  • La capacité à analyser et conclure sur des résultats d’expériences.
  • La capacité à communiquer ses conclusions.
  • Etc.

[1Dans les tableurs partagés, la feuille de calcul est partagée via internet, les utilisateurs peuvent donc en modifier le contenu et interagir avec les valeurs calculées, comme ici la moyenne. Il existe plusieurs types de tableurs partagés comme Google Speadsheet, pour l’instant en anglais. Pour en savoir plus sur son utilisation dans un cadre pédagogique, lisez Le Tableur en Ligne. Vous pouvez voir la feuille de calcul utilisée en exemple ici sur Google Spreadsheet : feuille de calcul partagée.

[2Rappel : le B2i a été réformé le 27 juin 2006. voir Connaissances et capacités : Le « nouveau » B2i et les S.V.T..

[3l’explication peut se faire en lien avec ce qui est fait en mathématiques et en sciences physiques dans le cadre du thème de convergence « importance du mode de pensée statistique dans le regard scientifique sur le monde » des programmes du cycle central.

 

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