GFA ES/L, Strasbourg 2013 GFA : Le nouvel enseignement des

GFA : Le nouvel enseignement des SCIENCES en classes de premières littéraire et économique et sociale.
Proposition de progression commune SVT/SPC sur le thème commun « Représentation visuelle » (en 12 séances)
Séance
1
Enseignant
Coanimation
Séquence
Chapitre 1 : La vision à l’échelle de l’œil
Le chapitre est composé d’une séance d’introduction, puis de 2 séquences composées chacune de plusieurs séances
dans lesquelles on revient régulièrement à la problématique de départ posée dans la séance d’introduction. Au
niveau du classeur élève, ils peuvent prendre éventuellement des feuilles de deux couleurs différentes ou assembler
les feuilles par séquence.
Introduction
Qu’est ce que la vision ?
Approche historique de la conception de la vision
Conditions de visibilité d’un objet
Organe de la vision : l’œil (structures externes)
Commentaire argumenté (les différentes notions nécessaire pour répondre à la problématique seront abordés au
cours des différentes séances et les élèves construiront leur commentaire à l’issu)
Jonathan réalise une visite médicale chez un ophtalmologue à son entrée au collège. En effet, son instituteur a
indiqué à ses parents qu’il suspecte des problèmes de vision chez le jeune garçon. Ce dernier, très dissipé en classe,
a avoué à son instituteur en fin d’année, qu’étant installé à l’avant-dernier rang, il ne parvenait pas à lire ce qui était
écrit au tableau. De plus, il ne parvenait pas non plus à distinguer le code couleur utilisé par l’instituteur, à savoir les
titres soulignés en vert ou en rouge.
Vous êtes l’ophtalmologue que Jonathan vient consulter et réalisez plusieurs examens afin de tester sa vision.
Vous installez le jeune garçon sur un siège, masquez son œil droit puis lui demandez de lire les lignes de lettres sur
l’échelle de Monoyer (Document 1) située à 5 mètres de lui, de gauche à droite et du bas vers le haut. Il parvient à
lire correctement les trois premières lignes puis pour la quatrième, il lit HIYPVK en plissant fortement les yeux et
avec difficultés. Vous lui demandez de faire de même en masquant son œil gauche. Il lit alors correctement les cinq
premières lignes puis lit pour la sixième YGFLRBEDL.
Pour compléter cet examen, vous lui demandez de tenir un texte à 30-40 cm de ses yeux et de le lire (Document 2).
Jonathan ne présente alors aucune difficulté de lecture.
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Un dernier examen est réalisé, il s’agit des tests pseudo-isochromatiques dans lesquels vous demandez à Jonathan de
lire le chiffre à l’intérieur de chaque cercle (Document 3). Jonathan vous indique alors qu’il voit le chiffre 3 pour la
première image, le chiffre 17 pour la seconde, le chiffre 2 pour la troisième et le chiffre 25 pour la dernière. Les
résultats de référence sont dans l’ordre : 8, 15, 26 et rien.
Vous lui demandez alors de vous décrire les couleurs perçues des différents éléments d’une image de bande
dessinée. Sa perception ne correspond pas à la réalité de l’image (Document 4).
Posez le diagnostic et proposer un traitement pour ce jeune garçon.
Document 2 : Texte de lecture de près
Document 1 : Echelle de Monoyer
Document 3 : tests pseudo-isochromatiques
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Document 4 : Reconstitution de l’image faite par
Jonathan (bas) versus réalité (haut)
Document 3 : tests pseudo-isochromatiques
2
Coanimation
Séquence 1
3
SPC
Séquence 1
4
SVT
Séquence 2
5
SPC
Séquence 1
Document 4 : Reconstitution de l’image faite par
Jonathan (bas) versus réalité (haut)
Problème intermédiaire : Comment l’œil nous permet-il de voir ce qui nous entoure ?
En parallèle de la dissection de l’œil (en démonstration) et de l’utilisation d’un laser afin de déterminer le trajet de la
lumière dans le globe oculaire, on associe le montage du banc d’optique pour la modélisation de l’œil.
Les différents types de lentilles minces : convergentes, divergentes.
Eléments caractéristiques d’une lentille mince convergente : centre optique, axe optique, foyers, distance focale
Vergences
Construction géométrique de l’image d’un petit objet-plan par une lentille convergente
La vision du monde dépend des propriétés des photorécepteurs de la rétine
Structure de la rétine, trajet de la lumière dans les couches cellulaires, cellules photoréceptrices, organisation
anatomique des cellules photoréceptrices sur la rétine.
(Devoir maison possible en application : problèmes de vision périphérique ou centrale et pathologies associées)
Notion de champ visuel
Nécessité de l’accommodation du cristallin pour la formation des images sur la rétine
Défauts de l’œil : myopie, hypermétropie et presbytie.
(DIAGNOSTIC 1 : Le jeune garçon n’a pas une vision précise de loin est myope. Il a une acuité visuelle de 3/10
pour l’œil gauche contre 4/10 pour l’œil droit. IL n’a cependant pas de problème de vision de près, donc n’est pas
hypermétrope)
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6
SVT
Séquence 2
7
SPC
Séquence 1
8
SVT
Séquence 2
Séquence 3
Rôles des photorécepteurs
Pigments : rhodopsine et opsines
Absorption, sensibilité et acuité
Daltonisme
(DIAGNOSTIC 2 : Le jeune garçon ne voit pas le vert ni ne distingue les jaunes des rouges : il est donc
deutéranope)
Principe de correction des défauts de l’œil par des lentilles minces ou par modification de la courbure de la cornée :
Lunettes correctrices pour traiter la myopie et pour traiter le daltonisme
Chirurgie réparatrice
(TRAITEMENTS : Port de lunettes (pour la myopie et daltonisme))
Vision trichromatique/dichromatique : Place de l’Homme au sein des Primates à partir de la comparaison des
opsines ou des gènes les codant.
Chapitre 2 : La perception visuelle cérébrale
Introduction Œil = capteur ; Cerveau = Perception
Podcast RTL (http://www.rtl.fr/actualites/article/une-retine-artificielle-lueur-d-espoir-pour-les-aveugles7642166590)
Vision bionique exemple de l’implant artificiel rétinien proposé par la société californienne Second Sight permettant
la perception d’obstacles.
Le principe est la stimulation du nerf optique (court-circuit de l’œil via une caméra intégrée dans une paire de
lunette qui fournit une image à un boitier externe, placé contre la tempe, et un microprocesseur la traduit en signaux
qui sont transmis par induction à un récepteur situé dans l’œil ; lequel stimule la rétine via une matrice d’électrodes)
Dans quelles régions du cerveau sont traitées les informations électriques véhiculées via le nerf optique en
provenance de la rétine de l’œil ?
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Commentaire argumenté :
Madame L. a eu un accident au cours duquel elle s’est cognée violemment la tête. Depuis
l’accident, Madame L. souffre d’un trouble de la vision des couleurs. En effet, le bilan
ophtalmologique indique que Madame L. a perdu la reconnaissance des couleurs dans son
champs visuel droit. Les couleurs d’une scène sont décrites comme étant remplacées par des
nuances de gris, un peu comme dans un film en noir et blanc.
En revanche, Madame L. perçoit toujours les couleurs dans son champs visuel gauche. Un
IRM du cerveau de Madame L. montre une importante atteinte dans la partie postérieure et
interne de l’hémisphère gauche de son cerveau (zone encadrée sur l’image ci-dessous
document 2 du sujet BAC Amérique du Nord, mai 2012).
Vous êtes l’ophtalmologiste de Madame L. et devez lui expliquer, à l’aide des documents 1 et 2 page 46 et du
document 4 page 47 de votre manuel scolaire (Nathan), le lien entre les symptômes décrits dans le bilan
ophtalmologique et les résultats de son IRM.
Proposition de correction du commentaire argumenté :
Madame L., suite à votre accident, vous avez perdu la capacité à reconnaitre les couleurs uniquement sur votre
champ visuel droit, le champ visuel gauche étant resté intact. Ceci suppose un bon fonctionnement rétinien, mais un
problème situé au niveau des voies visuelles remontant l’information visuelle captée au niveau de la rétine jusqu’au
cerveau. C’est la voie de transmission des rayons lumineux issus du champ visuel droit qui est touchée.
En effet, la perception visuelle est réalisée au niveau des aires visuelles cérébrales, et non au niveau de l’œil et de la
rétine. Si on réalise une tomographie par émission de positons ou TEP, on peut localiser les zones du cerveau
recevant l’information visuelle. Ainsi, si on demande à une personne d’observer un objet, c’est le lobe occipital qui
s’affiche en rouge, signe que les aires visuelles y sont localisées.
Mais ne pensez pas que la perception visuelle est un phénomène aussi simple, la vision peut se subdiviser en formes,
couleurs, mouvements … Et pour percevoir chaque aspect d’une scène, il existe plusieurs aires visuelles spécialisées
et numérotées de V1 à V5. Ainsi, par exemple, l’aire V4 est spécifiquement active lors de la vision en couleur. Elle
correspond à la zone atteinte identifiée sur votre IRM, ce qui explique votre problème de perception des couleurs.
Enfin, pour vous expliquer le fait que seul votre champ visuel droit est touché, il faut que vous compreniez le
cheminement de l’information visuelle de l’œil, plus précisément la rétine, aux aires visuelles cérébrales occipitales.
Les informations visuelles provenant des rétines de chaque œil partent au niveau des deux nerfs optiques. Les
informations correspondant au champ visuel droit proviennent à la fois des informations captées par la rétine côté
nez de l’œil droit et arrivant par le nerfs optique droit, mais aussi des informations captées par la rétine côté tempe
de l’œil gauche et arrivant par le nerf optique gauche. Au niveau du chiasma optique, les informations provenant du
nerf optique droit croisent et rejoignent les informations provenant du nerf optique gauche. Ainsi, les informations
visuelles correspondant au champ visuel droit sont transportées par les radiations optiques situées dans l’hémisphère
gauche et atteignent les aires visuelles gauches, dont l’aire V4. Cela explique que votre IRM montre une lésion de
votre hémisphère gauche interne.
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La lésion de l’aire V4 située dans l’hémisphère gauche explique votre perte de la reconnaissance des couleurs au
niveau du champ visuel droit.
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SPC
Séquence 1
10
SVT
Séquence 3
11
SPC
Séquence 1
L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet d’identifier et d’observer des aires spécialisées dans la reconnaissance
des couleurs, ou des formes, ou du mouvement.
Comment voir tout le spectre avec une vision trichromate ?
Synthèses additives des couleurs
Explication vision du petit garçon en bleus et jaunes en absence de la réception du vert
Exemple de la lecture (car tests diagnostic de lecture dans la situation de départ) : Coopération des aires cérébrales
et plasticité cérébrale (exemple lecture braille pour un individu voyant et non voyant)
La reconnaissance d’un mot écrit nécessite une collaboration entre aires visuelles, mémoires et des structures liées
au langage.
Colorants et pigments (à relier aux pigments de l’œil : opsines et rhodopsine et aux pigments de l’iris : mélanine et
lipofuscine)
Synthèse soustractive des couleurs.
Construction du commentaire argumenté posé en séance introductrice du chapitre 1 (les élèves disposent d’un libre
accès à l’intégralité de leur cours et doivent aller chercher les informations pour répondre à la problématique)
Proposition d’une correction de commentaire argumenté
Bilan du chapitre 1
Schéma bilan global
12
SVT
Séquence 3 Transmission synaptique et perturbation chimique de la perception par les drogues
Bilan du chapitre 2
Schéma bilan
En co-animation signifie que les deux enseignants sont présents dans une même salle de classe pour un même groupe d’élèves et qu’ils se partagent le temps
de parole et de travail. Si les deux enseignants partagent 2 groupes d’élèves en alternance, cela signifie qu’ils ont sur une même séance les deux groupes
réunis dans une même classe.
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