Verdun - Académie de Nancy-Metz

Lycée Jean Auguste Margueritte
Verdun
Intégration pédagogique des
TICE en SVT
La mise en place du plan d’organisation
au cours du développement embryonnaire.
Classe de seconde.
Nathalie Encelot
Année scolaire 2000-2001
Situation dans la progression
La partie du programme de seconde concernée est Cellule, ADN et unité du vivant. Le sujet
présenté porte plus particulièrement sur la sous-partie parenté et diversité des organismes. Dans la
programmation a déjà été traité le plan d’organisation chez les Vertébrés, ce qui soulève la
question de la mise en place de ce plan d’organisation (où il est encore possible de cibler sur les
Vertébrés). Par la suite, le contrôle génétique de cette mise en place est envisagé.
Chapitre 3 : parenté et diversité des organismes
I.
Le plan d’organisation des Vertébrés
A.
Symétrie et polarité
B.
Disposition des organes
II.
La mise en place du plan d’organisation
A.
Fécondation
B.
Les étapes ultérieures du développement embryonnaire
III. Le contrôle génétique du développement embryonnaire.
A.
Modifications du plan d’organisation
B.
Les gènes homéotiques au travers du règne animal
Objectifs
Objectifs cognitifs
Le développement embryonnaire conduit à la mise en place du plan d’organisation ; la symétrie et
la polarité sont très rapidement définies alors que les organes se mettent en place progressivement
grâce à des divisions et des mouvements cellulaires.
Objectifs méthodologiques dans le cadre des SVT
Activité 1 : Raisonner (exploiter des informations)
Activité 2 : Raisonner (mettre en relation des données saisies dans un texte et des photographies).
Objectifs méthodologiques dans le cadre général
Utiliser l’outil informatique et un logiciel de communication (réutilisable lors d’une présentation
orale comme les TPE).
Evaluation
Evaluation formative
Activité 1 : Raisonner (exploiter des informations).
Ces informations ont été explicitées lors de la séance précédente sur le plan d’organisation des
Vertébrés. Aucune évaluation n’a encore été réalisée sur ce type d’information d’où l’évaluation
formative.
Critères de réussites : les trois premières rubriques du texte lacunaire sont correctes ; le plan et/ou
les 2 axes de polarités sont tracés.
Evaluation sommative
Activité 2 : Raisonner (mettre en relation des données saisies dans un texte et des photographies).
L’analyse de textes et de documents a déjà été effectuée et évaluée.
Critères de réussites : titres cohérents, ordre respecté. Noté sur 5.
Description de la séquence
II. Mise en place du plan d’organisation
Lors de la séance précédente, nous avons vu le plan d’organisation des Vertébrés adultes. Celui-ci
peut être en partie résumé par un schéma de coupe transversale d’un Vertébré (figure 1 : stade
Adulte). Ce schéma est reproduit sur un tableau blanc en début de séance afin de poser le
problème biologique ; le type de symétrie (bilatérale) est alors précisée au tableau comme indiqué
figure 1)
. Il faudra prévoir de dessiner côte à côte les 3 schémas de la figure 1.
La figure 1 est donc progressivement construite en début de séance pour poser le problème
biologique, selon la démarche suivante.
Les ovules et les œufs juste fécondés sont constitués d’une seule cellule, et pas d’organes.
L’exemple des ovules de Xénope (figure 2a) est présenté sous forme de transparent ; ce
document , projeté sur un tableau blanc peut être décalqué afin de réaliser le stade Ovule de la
figure 1.
Echange oral avec les élèves : Quelle est sa symétrie ?elle est axiale.
(cette information est alors précisée au tableau comme indiqué figure 1)
Donc, le plan d’organisation n’est apparemment pas réalisé dans l’œuf juste fécondé. Quand et
comment ce plan se met-il en place ? Entre ces deux stades (ovule et adulte), il existe deux
grandes phases : le développement embryonnaire et la croissance (pouvant chez certains animaux
s’accompagner de développements tardifs). Regardons si le plan d’organisation est déjà réalisé
chez l’embryon. L’exemple de l’embryon de Lézard en coupe transversale (figure 2b) est présenté
sous forme de transparent ; ce document , projeté sur un tableau blanc peut être décalqué afin de
réaliser le stade Embryon de la figure 1.
Echange oral avec les élèves : Quelle est la symétrie de cet animal ? elle est bilatérale.
(cette information est alors précisée au tableau comme indiqué figure 1)
Que peut-on en conclure quant à la mise en place du plan d’organisation ?
L’embryon possède déjà le plan de l’adulte donc la mise en place du plan d’organisation a lieu
pendant le développement embryonnaire …
… quand précisément et comment chaque caractéristique apparaît-elle ?
Le développement embryonnaire est la réalisation du plan d’organisation de l’animal. Il s’étale de
la fécondation à l’éclosion (pour les œufs) ou l’accouchement.
Problème scientifique à noter au tableau :
Comment ces caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :
Symétrie ?
Polarité ?
Organes ?
PV
Pôle Végétatif
Ventre
Symétrie axiale
(axe)
Symétrie bilatérale
(plan)
Ovule
Embryon âgé
Gauche
Dos
Droite
Gauche
Dos
Droite
PA
Pôle Animal
Ventre
Symétrie bilatérale
(plan)
Adulte
Développement
embryonnaire
Figure 1 : Mise en place du plan d’organisation au cours de la vie de l’animal. Ces
schémas sont réalisés sur un tableau blanc à partir d’un transparent des figures 2a et 2b. Les
élèves recopient ces trois schéma dans la largeur de leur feuille.
b
a
Figure 2. a. Ovules de Xénope. b. Coupe transversale d’embryon de Lézard. Ces photos
sont utilisées sous forme de transparent projeté sur un tableau blanc afin de les décalquer et de
compléter la figure 1.
A. La fécondation
ACTIVITE 1
10 min
Plan de symétrie, axes de polarité (chez la Grenouille)
Objectifs cognitifs
Raisonner (exploiter des informations)
Ra +/Objectifs
méthodologiques
Maquette :
Supports
- une épingle à tête ronde : spermatozoïde
- une boule de polystyrène à demi colorée en noir : ovule
- une boule de polystyrène à demi colorée en noir et portant un croissant gris :
œuf fécondé.
Polycopié comportant la trame à compléter (figure 3a).
Organisation Individuel.
Oralement : Que constatez-vous ?
Consignes
1/ D’après la maquette, vous voyez apparaître un croissant gris dont la localisation
est précise. Indiquez-la.
2/ Quelle est la symétrie de cet œuf ? (plan ou axe) Dessinez-la.
3/ Quel(s) est (sont) l’(les) axe(s) de polarité de cet œuf ? Dessinez-le(s).
4/ Conclure: quelles caractéristiques du plan d’organisation des vertébrés sont
alors présentes ?
Oralement : il apparaît une tache grise, en forme de croissant.
Réponses
1/ Le croissant gris apparaît toujours en face du point d’entrée du spermatozoïde.
2/ L’œuf est symétrique par rapport à un plan.
3/ L’œuf présente deus axes de polarité
- axe PA-PV
- axe spermatozoïde-croissant gris
4/ Conclusion : à cette étape, la symétrie bilatérale et les deux axes de polarité
sont déjà présents.
(Figure 3b et 3c)
Elle peut être faite par la présentation orale d’une recherche d’un élève
Mise en
commun
La fécondation est l’union des gamètes (mâle et femelle) et donne une cellule œuf ou zygote.
Spermatozoïde
ovule
zygote
Chez la grenouille, juste après la fécondation, apparaissent les axes de polarité et le plan de
symétrie bilatérale (il est alors défini par l’axe PA-PV et le point d’entrée du spermatozoïde).
Retour au problème de départ :
Comment ces caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :
Symétrie : mise en place dès la fécondation.
Polarité : mise en place dès la fécondation des deux axes de polarité.
(A quoi correspondent chacun de ces axes ?)
Organes ?
a
Le croissant gris apparaît toujours
……………………………………………… (localisation)
Il y a symétrie par rapport à un …………….
Il y a …… axe(s) de polarité :
0.5 mm
……………………………………………… (à nommer)
b
Le croissant gris apparaît toujours
PA
À l’opposé du point d’entrée du spermatozoïde
Il y a symétrie par rapport à un plan …….
CROISSANT
GRIS
Il y a 2 axe(s) de polarité :
0.5 mm
Axe PA/PV et axe spermatozoïde/croissant gris
PV
Conclusion: La symétrie et les 2 axes de polarité
caractéristiques du Vertébré sont déjà mis en place à la
fécondation
c
Figure 3. a. Polycopié correspondant à l’activité 1. b. Correction de l’activité 1.
c. Production élève sur l’activité 1.
B. Les étapes ultérieures du développement embryonnaire
Distribuer le texte, lecture pendant 3 minutes.
Distribuer la disquette.
ACTIVITE
Objectifs cognitifs
Objectifs
méthodologiques
15 min
Etapes du DE du Xénope, mécanismes généraux.
Utiliser l’outil informatique
Ra / 5
Mettre en relation des données saisies dans un texte et des
photographies
Texte (figure 4).
Supports
Disquette : fichier Powerpoint.
Organisation Individuel (voire binôme en fonction des places disponibles).
Ouvrir le fichier DE Xénope exo.
Consignes
A partir du texte sur le développement embryonnaire, mettre les photos dans un
ordre logique et leur donner un titre (inspiré du texte, en particulier des
expressions soulignées).
Imprimer.
D’après le texte et la position du bouchon vitellin (au PV), que devient l’axe
PA/PV ? et l’axe Spermatozoïde/croissant gris ?
Quels mécanismes ont lieu pendant ces étapes ?
Correction : fichier DE Xénope.
Réponses
L’axe PA/PV correspond à l’axe antéropostérieur.
L’axe du CG est l’axe dorsoventral.
Le DE est orchestré par des divisions et des remaniements (déplacements
cellulaires).
Un élève peut aller au tableau et présenter sa recherche à l’aide d’un
Mise en
vidéoprojecteur, en diaporama. (ex figure 5)
commun
Discussion sur les erreurs.
Après fécondation, le DE se découpe en différentes étapes :
- segmentation, orchestrée par des divisions cellulaires
- 3 phases ultérieures, orchestrées par des divisions cellulaires et des déplacements
cellulaires.
Retour au problème de départ :
Comment les caractéristiques du plan d’organisation se mettent-elles en place :
Symétrie : mise en place dès la fécondation.
Polarité : mise en place dès la fécondation des deux axes de polarité.
(A quoi correspondent chacun de ces axes ?)
Organes : mis en place lors des remaniements de l’embryon.
Après la fécondation, le zygote entre dans la phase de segmentation , caractérisée par une
succession de divisions. Elle se compose des stades suivants :
- deux cellules
- quatre cellules
- huit cellules
- 16 à 64 cellules, où l’embryon ressemble à une petite mûre.
La phase suivante provoque des remaniements à l’intérieur de l’embryon, qui se traduisent en
surface par :
- l’apparition d’une fente en forme de croissant
- cette fente devient circulaire et délimite alors le bouchon vitellin (ce bouchon
vitellin se réduit ensuite et détermine l’anus du futur embryon)
La dernière phase permet la mise en place du système nerveux par :
- le soulèvement de 2 bourrelets neuraux de part et d’autre d’une gouttière neurale
- l’accolement des bourrelets neuraux.
Le stade final ressemble déjà à un petit têtard dont on peut reconnaître certaines parties
(comme l’œil).
Figure 4. Texte sur le développement embryonnaire.
Figure 5. Production élève.
Bilan à construire avec les élèves :
Karl Von Baer : ‘j’ai deux petits embryons conservés dans l’alcool sur lesquels j’ai oublié de
mettre des étiquettes. Je suis maintenant incapable de déterminer les genres auxquels ils
appartiennent. Ce sont peut-être des Lézards, des oiseaux ou même des mammifères.’
Transparent présentant un document sur le développement embryonnaire comparé de
différents Vertébrés (ex : manuel Bréal page 156)
Que suggèrent ce texte et le transparent ?
Il apparaît une grande ressemblance entre jeunes embryons de différents Vertébrés ce qui
suggère un ancêtre commun.
Les embryons jeunes de Vertébrés ont de profondes ressemblances. Ceci suggère encore que
tous les Vertébrés aient un ancêtre commun chez lequel le développement embryonnaire était
semblable.
Si cela apparaît au niveau de l’organisme, qu’est-ce que cela suggère au niveau génétique?
Des gènes communs…
Discussion
Activité 1
Cette étape doit être assez courte (du fait de la difficulté à réaliser des activité
démonstratives ou du cours dans une salle où les élèves tournent le dos au professeur). C’est
pourquoi un polycopié comportant une trame à compléter a été distribué aux élèves.
La difficulté pour les élèves est de comprendre des éléments de géométrie dans l’espace
alors qu’ils n’ont pas la formation mathématique requise. Cependant, les termes symétrie et
polarité ont été définis sur le plan d’organisation des Vertébrés et ces deux notions ont été
concrétisées sur différents Vertébrés (Poisson, Grenouille, Poule, Homme). Pour faciliter la
même recherche sur l’œuf, l’usage d’une maquette en trois dimensions semblait adéquate.
Cette activité de raisonnement s’avère difficile au vu des résultats (38 % de résultats positifs).
L’évaluation portant sur l’objectif Raisonner, la prise d’information ne doit pas poser
de problème ; il est possible pour s’en assurer de demander aux élèves leurs observations. La
mise en commun est réalisée par un élève.
Activité 2
Cette activité est centrale et justifie l’ensemble des contraintes techniques de cette
séance. Elle requiert un logiciel peu connu des élèves (PowerPoint) qui peut être présenté
comme un outil de communication utile (par exemple dans le cadre de la présentation des
TPE Travaux Pratiques Encadrés en première). Le but est de leur faire découvrir ce logiciel
(si nécessaire) et de leur rendre aussi accessible qu’un logiciel de traitement de texte.
La même activité aurait pu être réalisée sans l’outil informatique, sur support papier ;
outre l’aspect technique et attractif, l’intérêt est de permettre à chaque élève de repartir avec
une production soignée (impression de qualité laser).
La mise ne commun est réalisée par un élève. En faisant défiler les images en plein
écran (par l’option Diaporama), cette présentation peut être faite sur l’un des ordinateurs de la
salle. Cependant, il est envisageable de demander à un élève de présenter sa production au
tableau à l’aide d’un vidéoprojecteur.
Cette activité pourrait être davantage axée sur l’autonomie et une pédagogie
différenciée.
Degré d’autonomie
faible
Proposer le fichier DE
Xénope exo sans texte
(qui chez l’élève modifie la
perception des images et
limite l’imagination)
important
Pédagogie différenciée
Pour les élèves ayant des
difficultés à réaliser l’activité,
donner alors le texte comme
support.
Proposer le texte (à lire
attentivement) puis le fichier
DE Xénope exo.
Des difficultés techniques sont à souligner :
- maîtrise de l’outil informatique (souris, clavier, ouverture de répertoire, de fichier)
- découverte du logiciel (commandes, possibilités, fonctionnement)
- gestion de l’impression des productions élèves pour un ensemble de quinze postes
Des instructions claires et précises doivent être données avant même le début de
l’activité. La plus grande difficulté est la gestion de l’impression ; les instructions visant à
n’imprimer qu’une page par élève ne sont pas toujours suivies. Une responsabilisation de
chaque élève pourrait être obtenue en imposant un ordre d’impression ou une signature de la
production par l’élève (dans un titre d’image ou dans un en-tête par exemple).
Les difficultés scientifiques résultent de problèmes à imaginer des objets en trois
dimensions à partir de photos (le stade huit cellules, par exemple, est souvent pris pour un
stade quatre cellules).
Bibliographie
Figure 2A (œuf de Xénope) : manuel Hatier page 244.
Figure 2B (coupe transversale d’embryon de Lézard) : manuel Hatier page 236.
Fichier DE Xénope : manuel Hatier page 244, manuel Belin pages 252-253.
Transparent (comparaison des stades embryonnaires de différents Vertébrés) : manuel Bréal
page 156.
Des photos et des explications sur le développement embryonnaire de Amphibiens :
http://www.snv.jussieu.fr/vie/