parcours 4 - Académie de Nancy-Metz
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Parcours La circulation sanguine 1 SOMMAIRE Séance 1 : recueil des représentations initiales « Quel est le trajet du sang dans ton corps ? » Séance 2 : le sang dans l’organisme « Le sang est –il dans des conduits ? » Séance 3 : prendre conscience de l’existence du cœur « Le cœur intervient-il dans la circulation du sang ? » Séance 4 : comment le cœur est-il fait ? « Le cœur bat-il plus vite au cours d’un effort ? » Séances 5 : le sang est en mouvement « Est-ce que le sang stagne dans le corps ou est-il en mouvement ? » Séance 6 : la pompe cardiaque « Comment le cœur est-il fait ? » Séance 7 : le système circulatoire sanguin p.3 p. 4 p.5 p.6 p.7 p.8 « Quel est le trajet du sang dans l’organisme ? et pourquoi ? » p.10 Les annexes p.12 Cycle 3 Le fonctionnement du corps humain et la santé Première approche des fonctions de nutrition Digestion - Connaître l’appareil digestif et son fonctionnement (trajet des aliments, transformation, passage dans le sang) et en construire des représentations. Vocabulaire : tube digestif, appareil digestif, sucs digestifs, aliments, nutriments, énergie. Respiration - Modéliser les mouvements respiratoires (rôle du diaphragme, des muscles…). - Mesurer des rythmes respiratoires et les interpréter pour comprendre les liens entre respiration et activité physique. Vocabulaire : poumon, diaphragme, cage thoracique, inspiration, expiration, fréquence respiratoire, échanges respiratoires, air inspiré, air expiré, dioxygène, dioxyde de carbone. Circulation sanguine - Aborder le rôle de la circulation sanguine dans le fonctionnement des organes à partir des poumons et du tube digestif. - Connaître l’appareil circulatoire humain et son principe de fonctionnement (rôle du cœur et des différents vaisseaux). - Établir des relations entre l’activité physique, les besoins des muscles et la fréquence cardiaque. Vocabulaire : organes, cœur, sang, vaisseaux sanguins, artères, veines, circulation, pulsations, fréquence cardiaque. - Savoir que les trois fonctions (digestion, respiration et circulation) sont complémentaires et nécessaires au bon fonctionnement de l’organisme. 2 SEANCE 1 RECUEIL DES REPRESENTATIONS INITIALES « Quel est le trajet du sang dans ton corps ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Phases de déroulement de la séance Recueillir les représentations initiales des élèves sur la circulation sanguine Savoir schématiser o Feuilles A4 avec silhouette vierge humaine - Annexe 1 o Crayons à papier et crayons de couleur - Préciser aux enfants que nous allons parler de la circulation sanguine - Leur demander de schématiser individuellement le circuit du sang dans le corps à partir d’une silhouette vierge humaine à compléter. Annexe 1 Quel est le trajet du sang dans ton corps ? Complète ton dessin par quelques lignes de texte. - Confronter les représentations des élèves pour dégager les problèmes scientifiques à résoudre. Les quelques commentaires proposés par les élèves vont permettre d’éviter des interprétations erronées des dessins et de ne pas projeter les attentes de l’enseignant. Pb 1 : * Le sang se répartit-il dans tout le corps ou seulement dans certains endroits ? va-t-il dans tous les organes ? * Le sang est –il dans des conduits ou remplit-il le corps comme un vase ? Pb 2 : * Y-a-t-il un lien entre le cœur et le sang ? Le cœur intervient-il dans la circulation du sang ? Si oui, comment ? Pb3 : * Est-ce que le sang stagne dans le corps ou est-il en mouvement ? fait-il des allers-retours dans un même conduit ou des conduits différents ? * Les conduits sont-ils continus ou pas ? s’ouvrent-ils dans le corps ? sont-ils tous les mêmes ? Qu’est-ce que le sang ? Qu’est-ce qu’une analyse sanguine ? Qu’est-ce que le pouls ? A quoi sert le sang ? Que se passe-t-il quand on se coupe ? Comment fait-on une prise de sang ? Attention : ne donner aucune réponse à ce stade et préciser que des réponses seront apportées dans la suite de la séquence. Bien d’autres questions peuvent être formulées par les élèves même si elles ne sont pas liées au « trajet » du sang dans le corps. Durée 30 minutes 3 SEANCE 2 Le sang dans l’organisme « Le sang est –il dans des conduits ? » Objectifs Compétences envisageable Matériel Prendre conscience de la vascularisation de tout le corps Connaître quelques rôles du sang Savoir observer Savoir interpréter des valeurs Savoir extraire des informations d’un document vidéo o Artériographies (de main, de cerveau, de poumons et des membres inférieurs) o Un bilan sanguin sain (et un bilan sanguin lié à une infection) o Vidéo « Il était une fois la vie : le sang » : http://www.youtube.com/watch?v=FwGNMt51P2E Extrait de 2min20 à 4 minutes - Poser aux élèves la question de la localisation du sang dans le corps ? Est-il partout ? Sous forme d’échange oral collectif, les amener à dire que le sang est partout. Faire appel à leur vécu : références à des blessures, des coupures, des écorchures qui saignent quel que soit l’endroit du corps concerné. Phases de déroulement de la séance - Le sang circule t-il librement dans le corps ? Observe différentes parties de ton corps, que remarques-tu à la surface de la peau ? et ailleurs ? Laisser les enfants observer le réseau de vaisseaux du dessus de la main et observer sur un camarade de classe ou eux-mêmes au niveau des pavillons des oreilles, dans le pli du bras, sur les jambes, dans le cou. Si la peau est fine, on peut aussi en voir sur les tempes ou sur le cuir chevelu. On observe des tubes bleutés plus ou moins gros à la surface de certaines parties du corps. Ils semblent communiquer entre eux. Compléter le cas échéant avec des artériographies qui montrent le réseau vasculaire. Annexe 2 Le principe d’une artériographie est simple : il s’agit de rendre opaque aux rayons X un ensemble artériel par injection directe dans l’artère d’origine d’un produit iodé. Ces tubes sont reliés entre eux et sillonnent toute la main. Ce sont des vaisseaux sanguins. - A quoi sert le sang ? Partir d’un bilan sanguin avec numération/formule (à simplifier si besoin) et montrer qu’il y a des éléments appelés cellules de types globules rouges, globules blancs, plaquettes… Annexe 4. Une photo de frottis sanguin observé au microscope optique peut également être utilisée pour repérer les différents types de cellules. Annexe 3. Le rôle des globules rouges peut être abordé à partir d’une vidéo de type « il était une fois la vie » qui montre les globules rouges entrain de transporter le dioxyde de carbone (appelé à tort gaz carbonique dans la vidéo) et le dioxygène. Le sang transporte les gaz respiratoires. Si l’on dispose d’un bilan sanguin lié à une infection, on peut faire ressortir l’augmentation du nombre de globules blancs lors d’une maladie infectieuse. Le sang protège l’organisme. Le sang transporte les éléments nourriciers pour tous les tissus du corps : eau, sels minéraux, sucres, graisses. Le sang est un liquide nourricier et protecteur indispensable à l’organisme. Durée 45 minutes 4 SEANCE 3 Prendre conscience de l’existence du cœur « Le cœur intervient-il dans la circulation du sang ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Prendre conscience de l’existence du cœur dans la circulation du sang Savoir prendre le pouls Savoir comparer des valeurs et les interpréter o Un stéthoscope éventuellement o Des chronomètres o Des feuilles et stylos - Si certains enfants n’ont pas schématisé le cœur lors de la séance 1, revenir dessus et demander aux autres quelle preuve ils ont de la présence du cœur. Demander aux élèves d’appuyer un doigt sur la poitrine et chercher l’endroit où l’on peut sentir battre son cœur. Compter le nombre de battements par minute. Possibilité de faire écouter par application de l’oreille sur le thorax d’un camarade (en profiter pour localiser le cœur précisément.) Constater qu’il y a une rythmicité, une répétition du bruit sans interruption. Possibilité d’utiliser un stéthoscope pour entendre les bruits cardiaques. (Attention, les bruits perçus ne sont pas les battements cardiaques proprement dits mais le bruit des valves cardiaques qui s’ouvrent et se ferment et le bruit du sang qui circule sous pression. Dire simplement aux enfants que c’est à nouveau une preuve de l’activité cardiaque). Insister lors de cette phase sur la distinction entre les mouvements respiratoires et les battements cardiaques qui ne doivent pas être confondus. Phases de déroulement de la séance - Leur demander si on peut entendre ou percevoir les battements cardiaques ailleurs. Amener les élèves à dire que oui ; au niveau du poignet, dans le cou… Amener la notion de pouls (battements du cœur perçus à distance dans les vaisseaux). Leur demander de compter ces battements par minute et les noter dans un tableau. On peut sentir des battements au niveau du cœur, du cou, du poignet, des tempes. Le nombre de battements est toujours le même. - Observer la radiographie de l’ensemble du corps - Annexe 2. On pourra constater que les battements sont observés là où il y a des gros vaisseaux. Il y a une relation entre le cœur et les vaisseaux de tout le corps. - Piste : on peut demander aux enfants de prendre le pouls de leurs parents à la maison et de comparer avec leurs propres valeurs. Ils constateront que le cœur d’un adule bat plus lentement et que la fréquence varie légèrement d’un individu à l’autre. Durée 45 mn 5 SEANCE 4 L’activité cardiaque au cours d’un effort « Le cœur bat-il plus vite au cours d’un effort ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Connaître les conséquences d’un effort physique sur la fréquence cardiaque Savoir prendre le pouls Savoir comparer des valeurs et les interpréter o Un stéthoscope éventuellement o Des chronomètres o Du petit matériel pour la réalisation d’un parcours sportif (cerceaux, bancs, cordes à sauter…) o Des feuilles o Des stylos - Faire réaliser aux élèves répartis en binôme et munis d’un chronomètre une mesure du rythme cardiaque au repos. Environ 85-90 battements par minute pour les enfants de cet âge. On peut aussi leur faire calculer sur 15 secondes et calculer par extrapolation sur une minute. Les mesures sont notées dans un tableau. Phases de déroulement de la séance Durée - Demander ensuite aux enfants d’effectuer un parcours sportif et de remesurer leur pouls après effort. Constater une augmentation notable du chiffre (généralement 120 battements/minute). Le cœur bat constamment. On peut le sentir à d’autres endroits au niveau desquels on peut prendre le pouls. Au cours d’un effort la fréquence des battements cardiaques augmente. Il faut apporter plus de sang aux muscles. 45 mn 6 SEANCE 5 Le sang est en mouvement « Est-ce que le sang stagne dans le corps ou est-il en mouvement ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Phases de déroulement de la séance Durée Savoir que le cœur met en mouvement le sang Prendre conscience de l’automatisme cardiaque et de la puissance du cœur Comprendre le rôle de pompe joué par le cœur Savoir extraire des informations d’un texte Savoir compléter un schéma et l’interpréter Savoir manipuler o o o o Radiographies artérielles Schéma circulation sanguine dans un doigt de la main Une seringue reliée à un petit tuyau et une pompe à vélo Deux seaux, une tasse et une balle de tennis / par groupe Faire rappeler par la classe les connaissances acquises précédemment. Poser la nouvelle question : le sang est-il en mouvement ? ou stagnant dans le corps ? - Inviter les élèves à lire le petit texte sur des découvertes historiques - Annexe 5. Demander aux élèves de relever la phrase et de souligner le mot qui nous permet de répondre à cette question. Le sang coule dans une seule direction. - A partir de cette information demander aux élèves d’indiquer par des flèches, le sens d’écoulement du sang dans les capillaires du doigt. Les élèves tracent des flèches qui suivent les capillaires et indiquent un écoulement du sang de l’artère vers la veine. Annexe 6. Le sang est en mouvement dans les vaisseaux du corps. Il circule dans un seul sens dans les vaisseaux. Il arrive aux organes par des artères. Il repart des organes par des veines (attention exception au niveau du cœur). Les capillaires (les plus fins vaisseaux) relient les artères aux veines. - Demander aux élèves à quoi servent ces battements. Pourquoi le cœur est-il « obligé » de battre ? Modéliser avec une seringue reliée à un tuyau. Montrer que la pression sur le piston fait progresser l’eau dans la tubulure. Idem avec une pompe à vélo : l’air est chassé quand on appuie sur la pompe. Amener les élèves à dire que le cœur est finalement une pompe qui, lors de sa contraction, exerce une pression et chasse le sang dans les artères. C’est le cœur qui met en mouvement le sang. Il peut être comparé à une pompe. On cherche à montrer aux élèves la performance du cœur par deux activités. - Indiquer aux élèves que notre corps contient environ 4,5 litres de sang, que la totalité de ce sang passe par le cœur en une minute et que le cœur pompe à chaque battement la valeur d’une tasse de sang. Demander aux élèves de faire passer 4,5 litres d’eau d’un seau à un autre à partir d’une tasse et en 1 minute. Puis de recommencer. Que constatent-ils ? Le travail demandé au cœur est difficile. - Rappeler aux élèves le rythme du cœur au repos (70 battements par mn ; pafois plus pour un enfant). Par groupe de deux élèves, leur demander de presser dans leur main une balle de tennis 70 fois par mn, un élève presse la balle, le second chronomètre et compte. Au bout d’une minute recommencer. Leur demander ce qu’ils ressentent au niveau de la main, du bras. Ils ont mal à la main, au bras c'est-à-dire aux muscles du bras et de la main. Le cœur est un muscle puissant qui fonctionne tout le temps. 50 mn 7 SEANCE 6 La pompe cardiaque « Comment le cœur est-il fait ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Phases de déroulement de la séance Connaître les caractéristiques morphologiques du cœur Savoir que le cœur est un organe creux, composé d’une partie musculaire et de 4 cavités Savoir peser, mesurer Savoir disséquer et observer - Un cœur de mouton - Une balance de cuisine - Un double décimètre ou un mètre de couturière - Des cœurs de mouton (un par binôme) - Des couteaux - Des cuvettes de dissection ou à défaut des assiettes en plastique - Des gants en latex - Maquette de cœur en prêt au Centre pilote - Possibilité de recueillir oralement les représentations initiales des enfants sur l’organisation du cœur : taille, forme, poids. Ne pas résoudre les désaccords qui émergent. - Demander aux élèves de schématiser l’intérieur du cœur. Confronter collectivement les schémas et faire émerger des questions : Le cœur est-il plein ou creux ? Si le cœur est creux, y a t-il une cavité unique ou plusieurs ? Comment savoir ? Observer un cœur proche du cœur humain comme le cœur de mouton. - Montrer le cœur de mouton en collectif, en démonstration et noter sa forme pyramidale, son poids (possibilité de le peser) et sa taille proche d’un cœur humain. A ce stade, rester en vue externe. Noter la couleur rouge du cœur et interroger les élèves sur les raisons de cette couleur : vaisseaux ? Autre ? Constater aussi que le cœur est assez dur. S’interroger sur le pourquoi de cette consistance ? Emettre des hypothèses. Repérer les deux faces du cœur : ventrale et dorsale. Demander aux élèves de le positionner dans le thorax dans la position exacte. Annexe 7. Presser sur le cœur ou le secouer légèrement et constater que du sang noirâtre en sort. Il s’agit de sang coagulé lié à la mort de l’animal depuis quelques temps. Il y a donc du sang dans le cœur. Première approche de réponse à la question : le cœur est-il un organe creux ou plein ? Il a l’air creux ou en tout cas, il y a du sang dedans… - Observer précisément avec les élèves ce qui est en lien avec le cœur : « des tuyaux »… Essayer de montrer à nouveau du sang coagulé à l’intérieur de ces soi-disant tuyaux soit en observant avec une lampe de poche soit en introduisant un objet allongé (de type allumette ou manche de fourchette ou de couteau…) dans un des gros tuyaux, objet qui ressortira souillé à la sortie. Ces « tuyaux » qui transportent du sang sont des vaisseaux. Si les enfants parlent d’emblée de vaisseaux, il faut leur demander comment on pourrait prouver que ce sont des vaisseaux sanguins. Ce serait à eux de penser alors à les observer et à en vérifier le contenu. 8 - Repérer collectivement avec des gommettes les différents vaisseaux et les compter. Amener les élèves à observer plus précisément tous ces vaisseaux et à les comparer en n’hésitant pas à toucher. Constater que certains sont plus gros que d’autres et qu’ils ont une paroi beaucoup plus épaisse. - Distribuer des cœurs de mouton par binôme et leur demander de les couper. Faire en sorte que les élèves coupent pour les uns transversalement et pour les autres longitudinalement. Observer l’épaisseur de la paroi du cœur et préciser que c’est un muscle. Observer l’existence de cavités : les ventricules. Montrer les oreillettes petites et flasques. - Demander aux élèves de comparer leur schéma avec la dissection. - Distribuer aux élèves après travail individuel un schéma correctif du cœur et de ses vaisseaux. Annexe 8 Commencer à corriger les schémas initiaux des enfants en représentant le cœur avec sa paroi épaisse. Utiliser la maquette de cœur pour aider les enfants à refaire leur schéma de cœur. Le cœur d’un homme est un organe assez gros, il pèse environ 400 g. Sa forme est conique. Il est dur. Il y a des gros vaisseaux épais et élastiques (des artères) et des vaisseaux plus mous (des veines). Il est creux et il est composé de 4 cavités (deux oreillettes et 2 ventricules). Les deux ventricules ne communiquent pas entre eux directement. Il se contracte et met le sang en mouvement. Durée 50 mn 9 SEANCE 7 Le système circulatoire sanguin « Quel est le trajet du sang dans l’organisme ? et pourquoi ? » Objectifs Compétence envisageable Matériel Savoir que la fréquence ventilatoire augmente lors de l’effort Comprendre le trajet du sang et des gaz respiratoires dans l’appareil circulatoire Savoir calculer une fréquence Savoir extraire des informations à partir d’une vidéo o Des chronomètres o Eventuellement du petit matériel pour un parcours sportif (plots, cerceaux, cordes à sauter…) o Vidéo « Il était une fois la vie : le sang ». A partir de la minute 5 et pendant 44 secondes http://www.youtube.com/watch?v=FwGNMt51P2E - Rappeler le principe de la prise de pouls et l’augmentation de la fréquence cardiaque lors d’une activité physique. Montrer aux enfants le cycle ventilatoire : inspiration/expiration et faire mesurer aux enfants leur fréquence respiratoire au repos : nombre de cycles par minute (un cycle est une inspiration suivie d’une expiration). Faire faire aux enfants plusieurs flexions ou leur demander de réaliser un petit parcours sportif et remesurer à la fin la fréquence respiratoire. Noter l’augmentation de la fréquence respiratoire. Émettre collectivement une hypothèse : la fréquence cardiaque et la fréquence ventilatoire augmentent toutes deux au cours de l’effort physique. Il y a donc peut-être un lien entre les deux ? En quoi circulation sanguine (sang) et ventilation sont elles liées ? Phases de déroulement de la séance Les élèves penseront peut-être à évoquer les globules rouges vus en séance 2 qui transportaient des gaz respiratoires : O2 et CO2. Quand le sang se charge t-il en gaz respiratoires ? - Montrer un extrait de la vidéo « Il était une fois la vie : le sang » : minute 5 à 5’44’’. Demander aux élèves ce qu’ils ont compris. Les amener à dire que les globules rouges chargés en CO2 arrivent aux poumons et se chargent en oxygène. On ne voit pas bien le relargage du CO2, mais on peut le préciser aux enfants. - Que devient l’oxygène ainsi pris en charge au niveau des poumons ? Laisser les élèves émettre des hypothèses et leur faire visionner la même vidéo 8’58’’9’46’’. Les élèves vont être amenés à comprendre que les globules rouges déchargent leur oxygène dans les organes (exemple : les muscles) et se chargent en dioxyde de carbone à nouveau, CO2 qu’ils iront évacuer au niveau des poumons. 10 - Une fois que ceci est compris, on peut poser une dernière question : « on vient de voir la relation entre le sang et les organes d’une part, et le sang et les poumons d’autre part. Comment situer le cœur dans tout cela ? Demander aux élèves individuellement de schématiser la circulation du sang en représentant le cœur, les poumons et les autres organes et en coloriant en rouge le sang oxygéné et en bleu le sang riche en dioxyde de carbone. Confronter collectivement les schémas des élèves pour faire ressortir les divergences et problèmes. Présenter le schéma du système circulatoire sanguin chez l’Homme aux élèves Annexe 12. Demander aux élèves de l’orienter par rapport à soi (le bras droit est à la gauche sur le schéma). Repérer le vocabulaire se rapportant aux organes et aux parties du corps. Surligner sur le schéma le trajet d’une goutte de sang en partant de l’artère aorte en utilisant deux couleurs : couleur rouge lorsque le sang est riche en dioxygène et couleur bleue lorsque le sang est pauvre en dioxygène. Ou construire avec les élèves un schéma bilan du type de l’Annexe 9. Comparer ce schéma avec celui que vous avez fait en séance 1. Points à comparer : - le sang est canalisé dans des vaisseaux - le trajet du sang est fermé par des capillaires - le trajet du sang est à sens unique - le cœur est sur le trajet, il est creux et le sang le traverse. Durée 1 heure 11 Annexes Annexe 1 : Silhouette vierge humaine 12 Annexe 2. : Différentes artériographies Artériographie de main Artériographie cérébrale 13 Artériographie pulmonaire Artériographie générale 14 Annexe 3 : frottis sanguin Grossissement x1000 Les cellules « roses » sont les globules rouges dépourvus de noyau. Les points violets dispersés sont les plaquettes. La grosse cellule centrale avec le noyau violet plurilobé est un globule blanc. 15 Annexe 4 : Bilan sanguin normal Les hématies sont les globules rouges. Les polynucléaires, les lymphocytes et les monocytes sont les globules blancs. 16 Annexe 5 : Découvertes historiques Harvey (1578-1657), médecin anglais, montre que le sang coule dans une seule direction. Malpighi (1628-1694), anatomiste italien, découvre que de fins vaisseaux ou capillaires relient les artères aux veines. Annexe 6 : Circulation sanguine dans un doigt de la main Radiographie de la main (artériographie) 17 Schéma de la circulation sanguine dans un doigt de la main 18 Annexe 7 : Dissection du cœur de mouton Pour procéder à la dissection vous-même, ce site internet peut vous aider http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/innov/compeda/agreg02/brecourt/intro.htm Quelques photos repères Cœur vu du dessus 19 Annexe 8 : Schéma de l’anatomie cardiaque Un cœur de Mammifère en coupe longitudinale (à faire légender et compléter par élèves) 20 Annexe 9 : coeur droit disséqué 21 Annexe 10 : Observation de capillaires sanguins en coupe longitudinale au microscope optique Grossissement x 5000 Les flèches indiquent les capillaires. Les taches correspondent aux noyaux des cellules qui composent les parois des capillaires. 22 Annexe 11 : Double circulation sanguine Schéma simplifié. Le sens de circulation du sang dans le cœur peut être aussi figuré. Code couleurs : Le sang bleu est le sang riche en dioxyde de carbone, le sang rouge est riche en dioxygène. 23 Annexe 12 : Schéma du système circulatoire sanguin chez l’Homme 24
