Direction de l’enseignement scolaire – w w w .eduscol.education.fr Nouv eaux programmes de l’école primaire – Sciences expérimentales et technologie Documents d’application – Les fiches – Proj et Fiche 12 Nutrition animale et humaine : respiration et circulation 1. Programme !" Cycle 2. Découverte des grandes fonctions du vivant. !" Cycle 3. Première approche des fonctions de nutrition : respiration et circulation. Les fonctions de nutrition. Conséquences à court et à long terme de notre hygiène. 2. Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant Dans le langage courant : !" la respiration est assimilée à la vie (le souffle, c'est la vie), respirer est parfois confondu avec sentir ; !" le terme respiration ne désigne que la ventilation pulmonaire observable. Les battements cardiaques ne sont identifiés que lorsqu'il y a changement de rythme : après un effort, une émotion, on a « le cœur qui bat ». Les expressions construites avec le mot cœur perturbent les enfants « avoir mal au cœur - avoir le cœur qui tourne - donner son cœur... ». Les vaisseaux sanguins sont souvent désignés par le terme de veines dans le langage courant. 3. Difficultés provenant des idées préalables des élèves Le rôle actif des muscles respiratoires n'est pas perçu : pour beaucoup d’élèves « c'est l'air qui gonfle la poitrine ». Les élèves se représentent peu les fonctions de nutrition des animaux et ne s’intéressent qu’à leur alimentation. Chez l'Homme, l'intérieur du corps correspond pour certains jeunes élèves à une sorte de sac « le ventre », où les aliments, l'air, le sang se déplacent dans tous les sens sans être canalisés. 4. Quelques écueils à éviter lors des observations et des manipulations Chez les animaux, les élèves recherchent la présence d'une respiration par la seule observation d'une ventilation pulmonaire. La conscience individuelle des mouvements respiratoires et des mouvements cardiaques n'est pas constante. Les battements cardiaques et le pouls sont confondus. La dissolution des gaz est difficile à prendre en compte par les élèves. 5. Connaissances La respiration se manifeste par un échange de gaz entre un être vivant et son milieu. La plupart des êtres vivants absorbent l'oxygène : leurs organes en ont besoin. Cet oxygène est contenu dans l'air ou dissous dans l'eau. Ces êtres vivants rejettent de l'air contenant le dioxyde de carbone (gaz carbonique) produit par les organes. Les échanges de gaz ont lieu au niveau d'organes particuliers : poumons, branchies... Chez l'homme, l'entrée de l'air lors de mouvements respiratoires (inspiration) et sa sortie (expiration) se font par le nez ou la bouche. L’oxygène nécessaire à la vie est transporté par le sang à partir des poumons jusqu’aux organes et le dioxyde de carbone fabriqué est transporté des organes aux poumons pour être rejeté à l’extérieur. Propulsé par le cœur, le sang circule dans les vaisseaux en sens unique ; il permet des échanges entre tous les organes. 6. Pour en savoir plus Oxygène et gaz carbonique sont les noms d'usage courant. La nomenclature chimique utilise les termes de dioxygène et dioxyde de carbone. Les fonctions de nutrition s'adaptent aux besoins de l'organisme lors des exercices physiques. Le secourisme met en œuvre des actions simples qui prennent en compte l'anatomie et la physiologie de l'appareil respiratoire et de l'appareil circulatoire. 7. Réinvestissements, notions liées !" Composition de l'air !" Propriétés dissolvantes de l'eau !" Mélanges !" Mesure des volumes !" Notion de rythme !" Education à la santé. Mallette «respiration-digestion» Fournisseurs et désignation Jeulin Eprouvette plastique 1 litre Boîte de 100 gants en vinylle taille 7 Lot de 7 mètres de couturière 50 gobelets transparents 10 g de pepsine Lot de 6 pissettes 125 ml 5 m de tuyau souple 8 mm Celda Lot de 3 bacs de dissection 500g de pâte à modeler Lot de 300 chalumeaux plastique Pierron 5 litres d'eau de chaux Pince forte 20 cm Pince fine 13 cm Ciseaux fins 110 mm Ciseaux forts 140 mm Référence Prix U. Qté Prix en € 72316885 15006403 18860986 18789386 10709384 72320885 72314085 13,99 11,95 14,40 4,21 6,05 10,97 7,72 1 1 1 1 1 1 1 13,99 11,95 14,40 4,21 6,05 10,97 7,72 10025 04940 38723 15,60 4,20 6,00 1 1 1 15,60 4,20 6,00 01371988.10 15122.20.238 20649.20.238 00653.20.238 00654.20.238 8,40 5,10 1,55 2,60 2,80 1 1 1 1 1 8,40 5,10 1,55 2,60 2,80 516861 17,00 4,39 1 15 17,00 65,85 0,90 4,45 2,20 1,60 1 1 10 2 0,90 4,45 22,00 3,20 0,48 1 0,48 Castorama Malle Campeur Raccord Y Carrefour 1 litre d'HCl 100 petits ballons de baudruche 3 très grands ballons de baudruche 10 grands sacs de congélation Carrefour Boîte d'élastiques 485 TOTAL Grosse bouteille 5 litres (graduée en 1/2 l) Ces prix sont donnés à titre indicatif et étaient valables au 30/06/2007. 229,42 récupération Matériel à récupérer ou acheter !" horloge murale avec trotteuse !" un seau !" aimants pour tableau !" ficelle !" bouteilles plastiques de 1,5 l et 0,5 l !" bidon de 5 l transparent avec bouchon à vis !" grande bassine !" poumons d’animaux (mouton, veau, petit cochon …) et hauts de lapins !" pailles !" scotch !" petits pots de bébé vides !" lapin dépouillé mais non vidé !" papier absorbant !" sacs en plastique !" collant en nylon ouvert des 2 côtés Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°1 : La respiration : inspiration, expiration et rythme respiratoire. Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire . Objectifs notionnels : - Existence d'une relation entre la respiration et l'effort physique. - Appréhender les notions d'inspiration, d'expiration, de mouvement respiratoire, de rythme et de rythme respiratoire. - Ne pas confondre rythme respiratoire et rythme cardiaque. et/ou méthodologiques : - Savoir mesurer un rythme (nombre d'événements en un temps donné). - Etablir des comparaisons. - Prise de conscience du corps. Matériel : - collectif : Une horloge murale munie d'une trotteuse si possible - de groupe : - individuel : Durée Organisation matérielle Rôle du maître 10 min Collectif Déroulement 1 ère phase : Mise en situation : Partir d'une situation de la vie quotidienne nécessitant un effort physique dont on sait qu'il va entraîner une augmentation de l'activité respiratoire. Consigne : 3 ou 4 élèves effectuent 30 flex ions avec les jambes sous l'œil observateur des autres élèves. Mise en commun des observations et précision de certains termes : Les élèves s'expriment : « Ils deviennent rouges et ils ont chaud » , « Ils respirent plus » . C'est le sujet du jour : LA RESPIRATION (terme que l'on peut écrire au tableau). Qu'est ce que cela veut dire « Ils respirent plus » ? Lorsque l'on respire il y a deux phases, l'inspiration et l'ex piration. Le faire observer aux élèves. Une inspiration plus une expiration constituent un mouvement respiratoire. Quand les enfants disent « Ils respirent plus » , cela signifie que le nombre de mouvements respiratoires c'est à dire d'inspirations ou d'expirations, pendant un temps donné, est plus grand. Le nombre de mouvements respiratoires pendant un temps donné se définit comme le rythme respiratoire. 2ème phase (mesure du rythme respiratoire) : 2 min Individuel Mise en situation : a - Consigne : Compte tes mouvements respiratoires pendant une minute. b - Les enfants comptent. Certains vont prendre leurs pouls ! Analyse 5 min Collectif Mise en commun : Inscrire au tableau et comparer les résultats des enfants. Pourquoi existe-t-il de telles différences ? - Insister sur le fait qu'il ne faut pas confondre le rythme respiratoire et le rythme cardiaque. - D'autres vont additionner le nombre d'inspirations et d'expirations...! Dégager les différentes façons de mesurer le rythme respiratoire : - On peut ressentir facilement le nombre d'expirations : en plaçant le doigt sous le nez, on sent le souffle chaud et humide expulsé à chaque expiration. Il suffit alors de compter le nombre d'expirations effectuées. - On peut aussi mettre la main sur le thorax qui va se soulever et se rabaisser à chaque mouvement respiratoire. 3ème phase (Nouvelle mesure du rythme respiratoire avec méthode imposée) : 2 min Individuel Mise en situation : a - Consigne : En mettant le doigt sous le nez, mesure ton nouveau rythme respiratoire en comptant le nombre d'expirations durant une minute (il y a une horloge dans la classe avec une trotteuse). L'enseignant peut donner le top du début et celui de la fin. b - Les enfants comptent. 5 min Collectif Mise en commun : Ecrire ensuite les résultats de chaque enfant au tableau et les comparer. Les résultats varient, par exemple, de 10 à 40 mouvements par minute. On ne peut accepter ces résultats trop éloignés du rythme moyen (16 mouvements par minute). Pourquoi existe-t-il de telles différences ? Rechercher les causes d'erreur : Certains enfants ont encore ajouté le nombre d'inspirations et d'expirations. Il se peut aussi que le simple fait de compter modifie, sans qu'on le veuille, notre rythme respiratoire. Remarque : La notion de rythme respiratoire est difficile à assimiler. 10 min Individuel Trace écrite possible : Un mouvement respiratoire comprend deux phases, une inspiration et une ex piration. Le rythme respiratoire est le nombre de mouvements respiratoires pendant un temps donné par ex emple durant une minute. Je mesure mon rythme respiratoire de la façon suivante ........ (plusieurs situations possibles). J'ai trouvé un rythme respiratoire de ........ mouvements respiratoires par minute. Le rythme respiratoire varie; il est différent d'un enfant à l'autre. Il augmente pendant et après un effort physique. Il est plus rapide chez les bébés et chez les très jeunes enfants. Il est plus lent chez les adultes. Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°2 : Mesure de la capacité respiratoire Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire . Objectifs notionnels : - Notions d'air, de gaz. - Notions d'inspiration forcée et d'expiration forcée. - Notions de capacité ou de volume associées à des gaz ou à des liquides. - Associer une unité aux volumes (litre). - Correspondance entre volume et masse pour l'eau (à un volume de 1 litre correspond une masse de 1 kg). et/ou méthodologiques : - Réfléchir et travailler en groupe. - Savoir présenter les idées du groupe et écouter. - Etre inventif et imaginer des expériences pour répondre à une question précise. - Savoir réaliser une expérimentation. - Savoir mesurer un volume et étalonner un récipient. - Savoir établir un compte-rendu d'expérience, avec les différentes étapes, schémas, légendes et commentaires. - Savoir appliquer l'opération "multiplication" dans une situation concrète (relativement complexe). Matériel : - collectif : un seau - de groupe : feuille de format A3, aimants, baguette de bambou, ficelle et élastiques , 5 ballons de baudruche, 5 grands sacs en plastique (congélation), feutre, bouteilles d’eau en plastique (1,5 l et 0,5 l), verre doseur ou éprouvette graduée, bidon plastique translucide (5 l) avec bouchon à vis, une grande bassine, tuyaux de caoutchouc souple, mètre de couturière - individuel : Durée Organisation matérielle Rôle du maître Déroulement 1ère phase : 10 min Collectif Entretien : Demander aux élèves quelle était la question posée à la fin de la séquence précédente. L'écrire au tableau : « Comment mesurer l'air qui entre et qui sort des poumons ? » Groupes Mise en situation : a - Consigne : Par groupe, noter sur une feuille A3 vos propositions pour répondre à la question : faire des dessins et proposer des expériences. b - Les enfants effectuent le travail demandé. Remarque : Il est important de circuler entre les différents groupes car certains enfants peuvent ne pas avoir compris la question et le travail qui en découle. Analyse 5 min Collectif Mise en commun : Accrocher les feuilles des différents groupes au tableau à l'aide des aimants. Demander à un enfant de chaque groupe d'expliquer les différentes expériences qu'ils envisagent de faire. On ne peut savoir à l'avance ce que les enfants vont proposer mais on peut parier sur certaines propositions. Reformuler les expériences si besoin est, et dresser une liste des propositions au tableau : - « Mesurer » avec un mètre de couturière le tour de la cage thoracique à la fin de l'expiration et à la fin de l'inspiration. Comparer les différentes longueurs. - Souffler dans un ballon, puis « mesurer » le ballon. - Souffler dans un sac plastique et le « mesurer » . - Souffler dans une bouteille remplie d'eau. Les bulles qui s'échappent, chassent l'eau. - etc... 2 ème phase : 5 min Groupes Ex périmentation : a. Consigne : Demander aux enfants de se remettre en groupe et de faire l'expérience qu'ils veulent. b. Chaque groupe réalise l'expérience de son choix et note les résultats obtenus en formulant une phrase courte. 5 min Collectif Mise en commun et discussion des résultats obtenus : Exemples de propositions : - La longueur du tour de la cage thoracique augmente quand on inspire. Elle passe de ... cm à ... cm. - Le ballon de baudruche ou le sac plastique se gonfle quand on souffle dedans (c'est à dire quand on expire). Remarques : Précautions avant de souffler : - Etaler les sacs en plastique bien à plat pour les vider de leur air. - Assouplir le ballon de baudruche en les gonflant préalablement. - Il ne faut souffler qu'une seule fois dans le sac plastique ou le ballon de baudruche. - Avertissement : En aucun cas, les enfants ne doivent mettre la tête dans le sac !!! 3 5 min Groupes ème phase (Comment mesurer du volume d'air du sac ou des poumons ?) : Mise en situation : a- Consigne : Voici le matériel à votre disposition : un seau transparent, un marqueur, un verre doseur, un ballon gonflé (fermé). Comment feriez-vous pour mesurer le volume d'air contenu dans le sac plastique ou le ballon ? b- Chaque groupe propose une expérience et la représente sur une feuille de format A3. 5 min Collectif Mise en commun : On peut retenir l'idée de mesurer le volume du sac en plastique gonflé en l'immergeant dans un seau contenant de l'eau. Ce travail peut être fait de façon collective. Quelques élèves manipulent sous le regard avisé des autres élèves qui guident et observent. 5 min Collectif Ex périmentation : (voir schéma annexe) - Remplir le seau d'eau à mi-hauteur et mettre une marque à l'extérieur marquant le niveau. - Bien aplatir le ballon avant de souffler. Souffler une seule fois à l'intérieur du ballon, c'est à dire une seule expiration, et bien le refermer à l'aide d'un élastique (ou d'une ficelle). - Immerger complètement le ballon gonflé dans le seau d'eau et tracer le nouveau niveau de l'eau. - Retirer le ballon. Verser de l'eau pour atteindre la nouvelle marque à l'aide d'un verre doseur ou d'une éprouvette graduée. 5 min Collectif Résultats : Nous avons rajouté ... litres d'eau pour passer de la première marque à la deuxième marque. Cette ex piration correspond donc à un volume d'air sortant des poumons de ... litres. Remarque : Les sacs en plastique sont un peu plus gonflés que les ballons. Pourquoi ? Le caoutchouc du ballon appuie sur l'air qui est plus tassé donc le volume d'air (introduction de la notion de volume) contenu dans le ballon est plus petit. Poursuite de la séquence à un moment ultérieur La suite de la séance est en fait une confrontation des différentes solutions trouvées par les enfants. On aboutira comme précédemment à une suite de manipulations. 20 min à 30 min Groupes Ex périmentation : (voir schéma annexe) - Etalonner le bidon à l'aide d'un verre doseur ou d'une bouteille de 0,5 l ou d'une balance avec des graduations tous les 0,5 l (500 g d'eau = 0,5 l d'eau). - Ces graduations sont à inscrire sur la paroi du bidon au marqueur indélébile. - Remplir complètement le bidon d'eau et le boucher. - Verser de l'eau dans le fond de la cuvette jusqu'à une certaine hauteur. Retourner le bidon plein d'eau dans la cuvette et ôter le bouchon. Rentrer le tuyau dans le bidon. - Souffler dans le tuyau en une seule expiration. On lit alors directement la mesure d'air expiré sur le bidon. On peut organiser le concours de l'élève qui pourra faire sortir le plus grand volume d'air de ses poumons. Celui qui gagnera sera sans doute l'élève le plus sportif qui aura de larges épaules. On lui demandera alors de faire une « inspiration forcée » en levant les bras, puis de souffler l'air contenu dans ses poumons en effectuant une expiration forcée en baissant les bras. On obtient alors des valeurs allant jusqu’à 4 litres. Ces valeurs sont proches des capacités (volume) pulmonaires trouvés dans le livre des Sciences. On peut aussi de nouveau mesurer l'air d'une expiration normale en soufflant 6 fois de suite par exemple (faire la moyenne). On trouvera alors une valeur moyenne de 0,5 l par expiration. Chacune des deux expériences pourra faire l'objet d'un compte-rendu sous forme de schémas successifs accompagnés d'un texte explicatif (cf. les schémas des expériences). 1 1ère marque ballon gonflé seau d’eau 2 2ème marque Plonger le ballon dans le seau. 3 Avec un doseur, remplir le seau jusqu’à la 2ème marque et noter la quantité ajoutée. bouteille 0,5 l graduations 4 3 bidon 2 1 eau 1 2 air expiré on souffle bouchon bassine d’eau tuyau en caoutchouc 3 4 Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°3 : Les représentations des enfants : Où va l’air qu’on respire ? Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire . Objectifs notionnels : Première approche de l'appareil respiratoire : la bouche, la trachée, les bronches, les bronchioles et les alvéoles. et/ou méthodologiques : - Clarifier sa pensée et mettre ses idées en ordre. - Faire un schéma et mettre la légende adéquate. - Travailler en groupe. - Participer à une mise en commun collective. Matériel : - collectif : - de groupe : feuille de format A3 avec silhouette de personne (1 par groupe de 3 ou 4), système d'accrochage des feuilles au tableau (aimants) - individuel : une silhouette de personne format A4 Durée Organisation matérielle Rôle du maître 5 min Collectif Déroulement Introduction : Rappeler brièvement ce que l'on a fait à la séquence précédente (notion d'inspiration, d'expiration, de mouvement respiratoire et de rythme respiratoire). 5 à 10 min Individuel Mise en situation : a - Consigne : Représente le trajet de l'air sur la silhouette (représentée sur la fiche annexe format A4 qu'on leur distribue) et explique ce qu’il devient. Ecris tes questions. b - Les enfants effectuent le travail demandé. 5 à 10 min Groupes Nouvelle mise en situation : a - Consigne : Par groupe, sur une même silhouette plus grande (format A3), en vous appuyant sur les productions de chacun, en les comparant et en les discutant, représentez de nouveau le trajet de l'air et notez vos questions. Les feuilles seront affichées au tableau : ce qui est écrit doit être visible de loin. b - Les enfants effectuent le travail demandé 20 min Collectif Mise en commun : Un enfant de chaque groupe vient accrocher au tableau le travail du groupe. Comparer les différentes représentations. Analyse Il en ressort des affirmations et des questions : - L'air peut rentrer et sortir par le nez et la bouche. La bouche est reliée aux poumons par l'intermédiaire d'un gros tuyau : la trachée. Il y a deux poumons. A quoi ressemble un poumon ? Combien y a-t-il d'air dans les poumons ? Est-ce toujours la même quantité ? Pourquoi mon ventre se gonfle-t-il quand je respire ? Comment l'air entre-t-il et sort-il des poumons ? Qu'y a-t-il dans l'air ? Pourquoi l'air que l'on rejette est plus chaud ? L'air que l'on respire est-il respiré par les autres ? L'air qui entre est-il le même que l'air qui sort ? L'air reste-t-il uniquement dans les poumons ? Après les poumons, l'air va-t-il dans le corps ? L'air va-t-il dans le cœur ? Comment l'air circule-t-il dans le corps ? Est ce que c'est l'air qui pousse le sang ? A quoi sert l'air ? Est-ce que l'air c'est comme l'essence dans les voitures ? L'enseignant précise aux enfants que l'on conserve toutes les questions et on essayera de trouver des réponses dans les prochaines séquences. Comment pourrait-on faire pour répondre à la question « A quoi ressemble un poumon ? » Si la proposition de la dissection n’émerge pas, demander aux enfants comment ont pu faire les premiers médecins pour savoir comment était fait l’intérieur d’un corps. Sur la silhouette suivante imagine où va l’air que l’on aspire et que devient-il ? Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°4 : A quoi ressemble un poumon ? Dissection. Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire . Objectifs notionnels : - Consolidation des notions relatives à l'appareil respiratoire (voir séance 3) - Première approche de l'anatomie du corps et/ou méthodologiques : - Prendre conscience de la réalité des organes - Etablir des liens entre le corps et les connaissances théoriques concernant ce dernier - Savoir légender un schéma Matériel : - collectif ou de groupe : 1 ou plusieurs poumons d'animaux : - On peut commander au boucher les poumons d'un animal assez gros mais pas trop (mouton, petit veau, petit cochon...) en lui demandant de ne pas abîmer la trachée et en laissant s'il le peut le cœur et le diaphragme. - On peut aussi choisir le lapin ; achetez seulement la partie avant avec tête et cage thoracique à l'intérieur de laquelle se situe le poumon. On peut envisager d'en acheter plusieurs 3 par exemple, pour faciliter l'observation et une participation plus active des enfants. A l'issue de ce travail, les lapins pourront être cuisinés sans aucun danger. - Matériel pour souffler dans la trachée : des pipettes fines en verre ou des pailles pour le(s) lapin(s). des tuyaux souples de 1 à 2 cm de diamètre et de 50 cm de longueur environ pour les animaux plus gros. Un petit matériel de dissection : petit couteau et ciseaux bien aiguisés. - individuel : fiche annexe photocopiée sur l’anatomie des poumons Durée Organisation matérielle Rôle du maître 5 min Collectif Déroulement Introduction : - A quoi selon vous ressemble un poumon ? - Bref rappel des termes de la séquence précédente (notion de trachée, bronche). - Avez-vous trouvé des photos ou des radiographies et les avez-vous amenées ? Dire aux enfants que vous avez une surprise pour eux. Sortir votre poumon : émotions garanties. 15 à 20 min Collectif ou Groupes Observation avec la dissection : Première observation : Dissection à partir de la cage thoracique. Remarque : Cette phase s'effectuera en collectif ou en groupes selon que l'on a un seul ou plusieurs poumons. Demander aux enfants ce qu'ils reconnaissent : Analyse Ils reconnaissent facilement: le poumon, la trachée, le cœur et éventuellement le diaphragme qui est plus difficile à observer et qui n'est pas toujours présent (sauf sur le lapin). Proposer aux enfants de soulever le poumon. En général, ils sont surpris par sa légèreté ; c'est dû à la présence de petits sacs remplis d'air : les alvéoles. Souffler dans la trachée : Introduire tuyau souple, paille ou pipette dans la trachée et demander à un enfant, choisi pour avoir du souffle, de souffler : le poumon se gonfle (grand moment d'émotion). Refaire l'expérience avec 3 ou 4 autres enfants en nettoyant le tuyau (ou pipette) pour des raisons d'hygiène. Quand on souffle dans la trachée, on effectue une inspiration, le poumon de l'animal se gonfle, c'est comme s'il effectuait encore une dernière inspiration. Découper le poumon : Avec le couteau , entailler et couper le poumon. Observations : - Ils observent des tuyaux plus ou moins gros par où circule l'air : les bronchioles. - Ils observent aussi beaucoup d'autres tuyaux d'où sort du sang : ce sont les vaisseaux sanguins. Que se passe-t-il quand on souffle dans les bronchioles (plus facile avec des poumons des animaux assez gros) ? Introduire une pipette dans une bronchiole, souffler. Le poumon ne se gonfle plus entièrement. Seulement une partie de celui-ci se gonfle. Refaire l'expérience avec 3 ou 4 autres enfants en nettoyant la pipette à chaque fois. On peut distribuer aux enfants (à ceux qui le souhaitent, et en général ils le souhaitent tous) un morceau de poumon dans un sac de congélation pour qu'ils puissent faire la même chose chez eux en rentrant après l'école. Découper un morceau de poumon et le presser sous l’eau. Des petites bulles d’air s’échappent ! 5 min Collectif ou Groupes Observation et commentaires des documents apportés par les enfants (radiographies, documents papier) : On peut situer la cage thoracique, le cœur, les poumons, la trachée, les bronches ... 10 min Collectif Trace écrite possible : L'air entre par le nez et par la bouche, passe par la trachée, puis les bronches, les bronchioles et va jusqu'aux alvéoles qui sont de minuscules sacs d'air. A partir des alvéoles, l'air circule dans tout le corps. Faire compléter la fiche photocopiée sur le schéma des poumons. (annexe) Le système respiratoire Complète le schéma avec : pharynx – bouche – poumon droit – poumon gauche – nez – larynx – diaphragme – bronches – alvéoles pulmonaires – trachée Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°5 : Comment l’air entre-t-il et sort-il ? Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire. Objectifs notionnels : - Consolider les notions d'inspiration et d'expiration - L'inspiration est active, l'expiration est passive - Rôle du diaphragme dans la respiration - Approche des notions de volume et de pression et/ou méthodologiques : - Prise de conscience du corps - Savoir réfléchir sur le fonctionnement d'un dispositif expérimental - Savoir réaliser de façon pratique un dispositif fonctionnel - Comprendre des consignes écrites Matériel : - collectif : - groupe : - individuel : une bouteille plastique 1,5 à 2 l pour la cage thoracique, 2 petits ballons de baudruche, une raccord Y d’arrosage, un morceau de tuyau d’arrosage de même diamètre que le Y, un grand ballon de baudruche ou un bonnet de bain, du scotch, des élastiques, de la pâte à modeler, fiche élève photocopiée (annexe) Durée Organisation matérielle Rôle du maître 5 min Collectif Déroulement Entretien collectif : Comment l’air entre-t-il et sort-il ? Il est probable que les enfants ne se posent pas eux-même la question : Comment l'air entre-t-il et sort-il ? Pour eux, « ils respirent » , l'air entre et sort des poumons, c'est comme ça ! Rappeler les notions d'inspiration et d'ex piration. Refaire une inspiration et une expiration. Qu'est-ce qui est fatiguant ? C'est l'inspiration. Comment avait-on fait pour gonfler le poumon de l'animal (voir la séance 3) ? On a soufflé dedans, c'est-à-dire dans la trachée. Si « il faut souffler dedans » , lorsque l'on veut faire entrer de l'air dans NOS poumons, est-ce que quelqu'un souffle dans notre bouche ? 5 min Collectif Observation : L'enseignant réalise devant les enfants le montage décrit en annexe. 10 min Groupes Mise en situation : consigne : Ecrivez et répondez aux questions suivantes : 1) Faire un schéma du dispositif avec une légende 2) Que faut-il faire pour que l'air entre et sorte de la bouteille ? Expliquer ce qu'il se passe ? Analyse 5 min Collectif Mise en commun : Réponses à la 1ère question : - « Les ballons, ce sont les poumons » - « La partie dure, en plastique transparent (ou la bouteille), c'est la cage thoracique » - « Le trou en haut, c'est les voies respiratoires : la bouche et la trachée » - « La membrane du dessous » ? Cette dernière est plus énigmatique. Ils peuvent avoir trouvé dans le livre de Sciences. Eventuellement, on leur explique ce que cela représente: un muscle plat, situé sous le poumon, reliant les deux parties de la cage thoracique : le diaphragme. - « On peut aussi appuyer sur la bouteille pour faire comme la cage thoracique qui se serre (se contracte). » Réponses à la 2ième question : Il faut s'appuyer sur les formulations des enfants. Ils diront sans doute : - « Quand on abaisse la membrane (bonnet de bain), il y a plus de place et l'air entre. » - « Quand on soulève la membrane, il y a moins de place et l'air sort. » Ils peuvent aller plus loin dans leurs explications : - « Quand on soulève la membrane, il y a moins de place, l'air dans la bouteille est plus tassé, appuyant ainsi sur les ballons qui se vident de leur air à l'extérieur du récipient. » - « Quand on abaisse la membrane, il y a plus de place. L'air dans le récipient est moins tassé permettant ainsi à l'air de rentrer dans les ballons. » 15 min Individuel Ex périmentation : Distribution du matériel aux enfants qui doivent réaliser la même maquette. 15 min Collectif Trace écrite possible : Le diaphragme est un muscle plat attaché à la base de la cage thoracique. Lorsque le diaphragme est au repos, il est bombé vers le haut. Lorsque le diaphragme se contracte (ce qui demande un effort), il s'abaisse. Le volume de la cage thoracique augmente et le poumon se remplit d'air : c'est l'inspiration. Lorsque le diaphragme se relâche, il s'aplatit vers le bas, (ce qui ne demande pas d'effort). Le volume de la cage thoracique diminue et l'air sort du poumon : c'est l'ex piration. L'inspiration est active alors que l'ex piration est passive. Fiche élève donnée en annexe à compléter. tuyau d’arrosage les 2 petits ballons se gonflent étanchéité avec scotch et pâte à modeler raccord d’arrosage en Y petits ballons de baudruche bouteille en plastique dont on a coupé le fond morceau de grand ballon de baudruche ou bonnet de bain fixé avec un élastique on tire Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°5 : Comment l’air entre-t-il et sort-il ? Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire. Objectifs notionnels : - Consolider les notions d'inspiration et d'expiration - L'inspiration est active, l'expiration est passive - Rôle du diaphragme dans la respiration - Approche des notions de volume et de pression et/ou méthodologiques : - Prise de conscience du corps - Savoir réfléchir sur le fonctionnement d'un dispositif expérimental - Savoir réaliser de façon pratique un dispositif fonctionnel - Comprendre des consignes écrites Matériel : - collectif : - groupe : - individuel : une bouteille plastique 1,5 à 2 l pour la cage thoracique, 2 petits ballons de baudruche, une raccord Y d’arrosage, un morceau de tuyau d’arrosage de même diamètre que le Y, un grand ballon de baudruche ou un bonnet de bain, du scotch, des élastiques, de la pâte à modeler, fiche élève photocopiée (annexe) Durée Organisation matérielle Rôle du maître 5 min Collectif Déroulement Entretien collectif : Comment l’air entre-t-il et sort-il ? Il est probable que les enfants ne se posent pas eux-même la question : Comment l'air entre-t-il et sort-il ? Pour eux, « ils respirent » , l'air entre et sort des poumons, c'est comme ça ! Rappeler les notions d'inspiration et d'ex piration. Refaire une inspiration et une expiration. Qu'est-ce qui est fatiguant ? C'est l'inspiration. Comment avait-on fait pour gonfler le poumon de l'animal (voir la séance 3) ? On a soufflé dedans, c'est-à-dire dans la trachée. Si « il faut souffler dedans » , lorsque l'on veut faire entrer de l'air dans NOS poumons, est-ce que quelqu'un souffle dans notre bouche ? 5 min Collectif Observation : L'enseignant réalise devant les enfants le montage décrit en annexe. 10 min Groupes Mise en situation : consigne : Ecrivez et répondez aux questions suivantes : 1) Faire un schéma du dispositif avec une légende 2) Que faut-il faire pour que l'air entre et sorte de la bouteille ? Expliquer ce qu'il se passe ? Analyse 5 min Collectif Mise en commun : Réponses à la 1ère question : - « Les ballons, ce sont les poumons » - « La partie dure, en plastique transparent (ou la bouteille), c'est la cage thoracique » - « Le trou en haut, c'est les voies respiratoires : la bouche et la trachée » - « La membrane du dessous » ? Cette dernière est plus énigmatique. Ils peuvent avoir trouvé dans le livre de Sciences. Eventuellement, on leur explique ce que cela représente: un muscle plat, situé sous le poumon, reliant les deux parties de la cage thoracique : le diaphragme. - « On peut aussi appuyer sur la bouteille pour faire comme la cage thoracique qui se serre (se contracte). » Réponses à la 2ième question : Il faut s'appuyer sur les formulations des enfants. Ils diront sans doute : - « Quand on abaisse la membrane (bonnet de bain), il y a plus de place et l'air entre. » - « Quand on soulève la membrane, il y a moins de place et l'air sort. » Ils peuvent aller plus loin dans leurs explications : - « Quand on soulève la membrane, il y a moins de place, l'air dans la bouteille est plus tassé, appuyant ainsi sur les ballons qui se vident de leur air à l'extérieur du récipient. » - « Quand on abaisse la membrane, il y a plus de place. L'air dans le récipient est moins tassé permettant ainsi à l'air de rentrer dans les ballons. » 15 min Individuel Ex périmentation : Distribution du matériel aux enfants qui doivent réaliser la même maquette. 15 min Collectif Trace écrite possible : Le diaphragme est un muscle plat attaché à la base de la cage thoracique. Lorsque le diaphragme est au repos, il est bombé vers le haut. Lorsque le diaphragme se contracte (ce qui demande un effort), il s'abaisse. Le volume de la cage thoracique augmente et le poumon se remplit d'air : c'est l'inspiration. Lorsque le diaphragme se relâche, il s'aplatit vers le bas, (ce qui ne demande pas d'effort). Le volume de la cage thoracique diminue et l'air sort du poumon : c'est l'ex piration. L'inspiration est active alors que l'ex piration est passive. Fiche élève donnée en annexe à compléter. Discipline : Sciences Date : Titre de la séquence : La respiration Niveau : Cycle 3 Séance n°6 : Les échanges gazeux (ou pourquoi respirons-nous ?) Référence aux I.O (et/ou) aux fiches d’accompagnement : Approche de la fonction respiratoire. Objectifs notionnels : - Consolidation de la notion de gaz - Composition de l'air - L'air, c'est à dire l'air inspiré, contient de l'oxygène, de l'azote, et très peu de dioxyde de carbone - L'air expiré contient moins d'oxygène et plus de dioxyde de carbone - L'eau de chaux est un indicateur de la présence de dioxyde de carbone (l'eau gazeuse et les cachets effervescents contiennent du dioxyde de carbone) - Familiarisation avec les pourcentages et/ou méthodologiques : - Savoir concevoir et réaliser une expérience pour répondre à une question Matériel : - collectif : - groupe : eau de chaux, pailles, petits pots de bébés vides, poire de prélèvement ou seringue - individuel : tableaux d’analyse de l’air et des gaz dans le sang Durée Organisation matérielle Rôle du maître 5 min Collectif Déroulement Observation : Le maître souffle à travers une paille dans de l’eau de chaux. Au bout de quelques secondes le liquide se trouble. Dire aux enfants que l’eau de chaux est un liquide spécial mais sans donner sa spécificité. « Quelle est selon vous la cause du changement d’aspect du liquide ? » Hypothèses fréquemment émises par les enfants : - l’agitation les bulles la chaleur l’air la salive Les enfants vont tester leurs hypothèse. 10 min Groupes Ex périmentation : - on agite l’eau de chaux avec une cuillère ou une paille on fait des bulles avec une paille et une poire de prélèvement on chauffe l’eau de chaux avec les mains ou dans un bain marie à 37° C on met de la salive dans l’eau de chaux Analyse 5 min Collectif Mise en commun : Aucune expérience n’a marché. Conclusion : Cela provient de l’air expiré qui est différent de l’air ambiant. 10 min Collectif Lecture et analyse de documents : Distribution du premier tableau sur la composition de l’air inspiré et expiré. « Où est passé l’oxygène manquant ? » ! dans le corps « D’où vient le gaz carbonique ? » ! du corps « Avez-vous maintenant une idée sur ce qui a pu troubler l’eau de chaux ? » ! le gaz carbonique Pour aller plus loin, on peut demander à quoi servent l’oxygène et le gaz carbonique dans l’organisme. ! l’oxygène sert pour produire l’énergie dans les organes grâce à une réaction chimique ! le gaz carbonique est un déchet de cette réaction chimique 10 min Collectif Trace écrite possible : L'air inspiré (c'est à dire l'air ambiant contient de l'oxygène), il ne contient pas ou très peu de gaz carbonique. L'air expiré est riche en gaz carbonique. Le corps se sert de l’oxygène pour produire de l’énergie et se débarrasse du gaz carbonique qui est un déchet. Analyse de l’air Eléments Air inspiré Air Expiré Oxygène 21 16 Dioxyde carbone 0,03 5 Azote 79 79 Valeurs exprimées en ml pour 100 ml d’air. Analyse des gaz dans le sang Eléments Sang à l’arrivée dans les poumons Sang à la sortie des poumons Oxygène 14 20 Dioxyde carbone 60 50 Azote 2 2 Valeurs exprimées en ml de gaz dans 100 ml de sang. L’appareil respiratoire Document A Le trajet de l’air Quand tu inspires, l’air pénètre par le nez ou la bouche ; il traverse le pharynx, endroit de la gorge où passent à la fois les aliments avalés et l’air inspiré. Il s’engage dans la trachée artère, tube souple et rigide. L’air parvient aux deux bronches principales qui se ramifient et le conduisent dans un réseau de bronches de plus en plus petites appelées bronchioles. Les bronchioles se terminent par des petits sacs microscopiques : les alvéoles pulmonaires. On évalue à 700 millions le nombre d’alvéoles pour les deux poumons. Quand tu expires, l’air ressort par le nez ou la bouche en suivant le chemin inverse depuis les alvéoles pulmonaires. Les poumons sont des organes mous, spongieux, élastiques et légers. Le poumon droit comprend trois lobes et le gauche uniquement deux. Une enveloppe transparente et double entoure les poumons. Elle s’appelle la plèvre. Le cœur est situé entre les deux poumons. L’ensemble cœur-poumons est protégé par la cage thoracique. La cage thoracique est limitée dans le dos et les côtés par la colonne vertébrale et les côtes, en avant par le sternum et à la base par un muscle : le diaphragme . Schéma B1 Questions 1) Lis le texte A et souligne les mots de vocabulaire concernant l’appareil respiratoire. 2) Observe le schéma B1 et aide-toi du texte A et des mots que tu as soulignés pour mettre les légendes. 3) Relis le texte A et souligne en rouge les passages qui te permettent de savoir quel trajet suit l’air dans l’appareil respiratoire. 4) Indique maintenant sur le schéma B2 ci-dessous le trajet suivi par l’air. Schéma B2 5) Qu’as-tu appris sur la ventilation respiratoire à l’issue de ce travail ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... Comprendre les échanges gazeux Document Tableau A Composition de l’air pour 100 litres Constituants de l’air Oxygène Dioxyde de carbone Azote Air inspiré (en litres) 21 des traces 79 Air expiré (en litres) 16,5 4,5 79 1) De quoi parle le tableau A ? ...................................................................................................................................................... 2) En quelques phrases, explique ce que t’apprend ce tableau. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 3) Quelle information connaissais-tu ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... Tableau B Document Teneur en gaz dissous (pour 100 ml de sang) Oxygène Dioxyde de carbone Azote Sang arrivant dans les poumons 12 ml 48 ml 1 ml Sang sortant des poumons 20 ml 40 ml 1 ml 4) De quoi parle le tableau B ? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 5) En quelques phrases, explique ce que tu as appris dans ce tableau. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... Questions 1) Où sont situés les alvéoles pulmonaires? Tu peux rechercher dans ton cahier d’expériences. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 2) Observe le schéma légendé de l’alvéole pulmonaire. Document Explique en quelques phrases les informations que tu as comprises. ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 3) Fais un schéma montrant les différents échanges qui ont lieu entre l’air et le sang au niveau des alvéoles pulmonaires. Utilise les informations de cette fiche.