Séquence « Respiration et circulation »

Séquence « Respiration et circulation »
Socle commun :
PRATIQUER UNE DÉMARCHE SCIENTIFIQUE OU TECHNOLOGIQUE
• Pratiquer une démarche d'investigation : savoir observer, questionner
• Manipuler et expérimenter
• Formuler une hypothèse et la tester,
• Argumenter,
• Mettre à l'essai plusieurs pistes de solutions
• Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire
scientifique à l'écrit ou à l'oral
COMPETENCES DE CM2
Langage oral :
Échanger, débattre : Participer aux échanges de manière constructive :
• rester dans le sujet,
• situer son propos par rapport aux autres,
• apporter des arguments, mobiliser des connaissances,
• respecter les règles habituelles de la communication.
Rédaction :
Dans les diverses activités scolaires, prendre des notes utiles au travail scolaire.
Connaissances scientifiques à acquérir :
 Constater l’existence d’une relation étroite entre les deux fonctions (respiration-circulation)
 Constater la nature différente entre l’air inspiré et l’air expiré
 Etablir un modèle cohérent du trajet de l’air et du sang dans le corps
 Repérer les mouvements respiratoires.
 Etre capable de développer des arguments mettant en évidence l’alimentation des organes à
partir des poumons (et du tube digestif)
 Documents (radiographies, observations de quelques organes, construire une représentation
schématique de quelques-uns des principaux organes impliqués esquissant certaines de leurs
relations fonctionnelles (cœur, poumons, vaisseaux sanguins, foi)
 Approche dynamique : modification du rythme en fonction de l’effet.
 On pourra envisager la continuation de modèles matériels.
Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant
- Expressions : avoir mal au cœur, etc.
- Respiration n’est pas ventilation
- Respirer n’est pas sentir
Difficultés provenant des idées préalables des élèves :
- Le rôle des muscles respiratoires n’est pas perçu. Pour beaucoup d’élèves, c’est l’air qui gonfle
la poitrine.
PROGRESSION DES SÉANCES
SÉANCE 1 :
Prendre conscience qu’il existe une relation entre respiration et circulation, entre poumons et cœur.
SÉANCE 2 :
Distinguer ventilation et respiration
Identifier les composants principaux de l’air inspiré et de l’air expiré.
Reconstitution de l’appareil respiratoire et du cycle complet de la respiration
Lien avec Education à la santé : Le tabagisme passif
Lien avec « apprendre à porter secours ».
SÉANCE 3 :
Fonctionnement du cœur en tant que muscle
Evaluation formative : mettre en évidence les nouveaux savoirs
SÉANCE 4
Education à la santé : l’obésité
La circulation du sang dans le corps
SÉANCE 5 :
Opérationnaliser les connaissances :
- retour à la situation initiale (noyade) et confrontation avec la croissance du fœtus dans un liquide.
- échanges mère –enfant (la reproduction humaine étant étudiée quasiment simultanément).
SÉANCE 6
Confronter les nouveaux savoirs avec l’évolution des conceptions scientifiques : retour sur les conceptions
initiales.
SÉANCE 7 :
Evaluation sommative sur les savoirs et la méthodologie.
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°1
Objectif général : Prendre conscience qu’il existe une relation entre respiration et circulation, entre poumons
et cœur.
O BJECTIF SPÉCIFIQUE DE LA SÉANCE : Distinguer battements cardiaques et pouls ; repérer les
mouvements respiratoires.
O BJECTIFS NOTIONNELS :
- Rythme cardiaque/ battements
-
Fréquence respiratoire
Pouls
Battements
Cage thoracique
OBJECTIFS COMPORTEMENTAUX
L’élève doit être capable de
• Pratiquer une démarche d'investigation : savoir observer,
• Formuler une hypothèse
• Argumenter
• Échanger, débattre : Participer aux échanges de manière constructive :
 rester dans le sujet,
 situer son propos par rapport aux autres,
 apporter des arguments, mobiliser des connaissances,
 respecter les règles habituelles de la communication.
O BJECTIF GÉNÉRAL : Une inspiration et une expiration constituent un cycle respiratoire appelé aussi
ventilation
O BJECTIF SPÉCIFIQUE DE LA SÉANCE :
- respiration et ventilation constituent deux actions différentes.
- Au cours de l'inspiration, l'air entre par la bouche ou le nez ; le périmètre du thorax augmente.
Ventilation pas respiration. Ventilation, seulement inspirer expirer.
- Au cours de l'expiration, l'air sort par la bouche ou le nez ; le périmètre du thorax diminue.
- Une inspiration et une expiration constituent un cycle respiratoire.
VOCABULAIRE :
-
vaisseaux sanguins = artères et veines.
O RGANISATION :
-
travail individuel
en groupe-classe
D ÉROULEMENT
LE PROBLÈME , L’OBSTACLE :
1. Les élèves partent prochainement en classe de mer. Ils doivent passer un test de natation.
Interroger les élèves sur les raisons de ce test.
Réponses attendues : noyade.
2. Nous regardons une courte vidéo dans laquelle, suite à une noyade, un maître-nageur pratique
successivement le bouche-à-bouche puis le massage cardiaque.
3. Questionnement initial :
- Qu’est-il arrivé à la victime ? (Il s’est noyé, il s’est rempli d’eau…)
- Que fait le sauveteur ? Comment se nomment les gestes qu’ils pratiquent ? (massage
cardiaque, bouche-à-bouche)
- Dans quel ordre pratique-t-il ces gestes ?
- Pourquoi cette alternance ?
Objectif de ce questionnement : prise de conscience d’un lien entre poumon et cœur, donc
entre respiration et battement ; que les deux organes sont liés et ne fonctionnent pas de façon
indépendante.
Trace-mémoire de ce lien dans le carnet de sciences de type : « Il existe un lien entre poumons et
cœur ».
4. Les enfants schématisent le lien cœur/ poumon tel qu’ils se le représentent.
-
On peut penser que certains enfants imaginent cœur et poumons collés ensemble, ce qui
apparaîtra lors de la mise en commun. En fonction des schémas, comparaison.
Confrontation avec un schéma (en coupe) sur livre et multimédia.
Puis questionnement ? Pourquoi y a-t-il deux couleurs ? (On imagine la symbolique pour les
enfants : froid/ chaud ; eau et sang…) Avec ou sans étayage, les enfants réalisent que les deux
couleurs représentent ce qui « entre et sort ». Par où ? Distinction artère/ veine.
La composition air/ inspiré, air/expiré suit naturellement ; insister sur le mot ventilation et sur le fait
que l’air est dit pollué quand d’autres gaz interviennent.
La trace écrite reprend la synthèse énoncée par les enfants et le schéma incomplet est conservé dans
leur carnet de science.
NB : En EPS une séance intermédiaire sur Apprendre à porter secours est prévue.
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°2
Objectif général : la respiration, le cycle complet.
O BJECTIFS DE LA SÉANCE :
- L'air circule dans différents organes : la trachée, les bronches et les poumons. Les enfants en
apprennent leur nom, mais aussi leur forme, leur couleur, leur consistance, et quelques éléments de
leur structure interne.
-Trajet de l'air: l'air entre par le nez ou la bouche, puis il passe dans le pharynx et le larynx, qui est
l’extrémité supérieure de la trachée (cordes vocales, voix).Ensuite il circule dans la trachée, qui se
sépare en 2 bronches à l'entrée des 2 poumons. Dans chacun d’eux, les conduits d'air ont des diamètres
qui diminuent de plus en plus: les bronches se divisent en bronchioles, pour finir dans les alvéoles,
sortes de petites poches invisibles à l’œil nu, qui terminent les voies respiratoires.
- Les deux poumons sont situés dans la cage thoracique. Elle est formée sur les côtés par les côtes (os)
et est fermée à sa base par le diaphragme (muscle).
- L'ensemble « poumons, trachée, et cage thoracique » constitue l'appareil respiratoire ça c’est la
respiration : le cycle complet
MATÉRIEL
-
-
Le carnet de science avec le schéma incomplet
5 ou 6 ensembles coeur-poumons d’agneau et/ou de lapin, chacun dans un
bac.
Une loupe par groupe
Gros ciseaux et ciseaux assez fins.
Gants souples.
60 cm de tuyau pour aquarium ou tuyau d’arrosage (diamètre 16-12) ou
pailles.
sac poubelle
chiffons.
appareil photo
Un cœur/ poumon pour le maître Du nez aux poumons
Radiographie de poumons sains et de poumons d’un fumeur.
DÉROULEMENT – EXTRAIT LA MAIN À LA PÂTE DANS LA REVUE LA CLASSE ; N° 192, OCTOBRE 2008.
Observation externe de l’appareil respiratoire
Les élèves s’installent autour de la table, sur laquelle l’enseignant a posé une cuvette contenant un
ensemble coeur-poumons d'agneau.
Munis de gants jetables et d’un chiffon, les enfants vont pouvoir toucher, retourner, manipuler les
différents morceaux de ce bloc, repérer les différentes parties nommées, en référence ou non à un
schéma donné.
1. Première observation
Les enfants sont invités à décrire oralement ce qu'ils observent, aidés par l'enseignant (ou la personne
ressource) qui reformule la description et nomme les éléments observés (œsophage, trachée… lobes
des poumons, cœur).
Les différents termes seront écrits au tableau pour compléter la liste déjà établie antérieurement.
Les élèves seront notamment amenés à
- noter la différence de couleur et de toucher entre trachée ou bronches (tuyaux durs avec des
anneaux) et vaisseaux sanguins (tuyaux mous et blancs) ;
- observer les lobes des poumons et les étaler pour en repérer la forme. Les enfants complètent alors
leurs schémas avec trachée, etc.
2. Introduction d’air dans l’appareil respiratoire
Des questions relatives au passage de l’air dans les poumons vont émerger : on les notera même si la
réponse n’aura pas forcément de base expérimentale :
- Que se passe-t-il si on introduit de l’air ?
- Qu’est-ce qui se gonfle ?
- Le coeur reçoit-il l’air des poumons ?
L'enseignant place un tuyau dans la trachée souffle une grande bouffée d'air puis retire très vite
sa bouche. (On peut aussi utiliser une pompe et un tuyau.) La manipulation est reprise par quelques
volontaires, chacun essayant de décrire plus précisément ce qu'il a observé.
- Les deux poumons se gonflent en même temps, ils deviennent quasiment blancs. Ceux dans lesquels
on ne souffle pas ne se gonflent pas, et restent roses.
- Les poumons ne se gonflent pas comme un ballon ou comme un sac.
- Le cœur ne gonfle pas lorsque l’on insuffle de l’air dans les poumons ; il est soulevé lorsque ceux-ci
sont en mouvement.
O BSERVATION DE L’INTÉRIEUR DE L’APPAREIL RESPIRATOIRE
1. La dissection permet de montrer que la trachée se divise en deux bronches.
À chaque bifurcation, une direction est choisie et poursuivie ainsi jusqu'à l’extrémité visible des voies
respiratoires. On peut constater que la paroi des conduits respiratoires est assez rigide (c'est du
cartilage), et que leur taille diminue au fur et à mesure de l'avancée de la dissection.
L'enseignant ouvre ainsi plusieurs voies respiratoires. Les enfants découvrent que l'ensemble des
voies ainsi « disséquées » forme un ensemble très ramifié, un peu comme les branches d'un arbre. Ils
constatent que le poumon n'est pas une poche.
2. Des bronchioles et des vaisseaux sanguins
On demandera aux enfants de couper la pointe d'un lobe pulmonaire pour examiner l'intérieur d'un
poumon.
En soufflant de l'air dans les bronchioles, on peut observer les extrémités des voies respiratoires qui
gonflent : ce sont les sacs alvéolaires, où se trouvent les alvéoles, qui ferment les voies respiratoires.
On procédera à une deuxième coupe transversale de la pointe d’un poumon pour obtenir une tranche
de 2 cm d’épaisseur. On observera alors les sections des bronchioles sur les deux faces, à l’oeil nu et à
la loupe.
À la loupe, on notera qu’ils décrivent des petits tuyaux (certains contiennent du sang, d'autres sont
dépourvus de sang) : il y a donc côte à côte de très petits vaisseaux sanguins et de très petites
conduites d’air, les bronchioles.
Les enfants, au fur et à mesure, reprendront leur premier dessin pour le compléter.
Trace écrite :
-
Les enfants savent à présent que l'air entre et sort des poumons par des sortes de tuyaux dans
lesquels l'air passe (trachée, bronches, bronchioles) et qui se terminent par de minuscules
alvéoles aux parois très fines dans lesquelles se trouvent des vaisseaux microscopiques
transportant du sang.
ÉDUCATION À LA SANTÉ :
-
Nous profitons de la présence des poumons pour montrer qu’en un an c’est un verre de 125cl
de goudron que les poumons ingurgitent. Regarder une cigarette.CO2 pour tabagisme passif.
Le tabac augmente certaines maladies : asthme, etc.
-
-
Espérance de vie, quels facteurs la font diminuer en France ? (mot déjà étudiée en géographie)
D’autre part, le tabac entraîne une mauvaise oxygénation des vaisseaux ; le goudron bouche le
passage de l’oxygène vers les vaisseaux, le sang est moins oxygéné et donc insuffisant pour le
cœur.
Observation d’une radiographie des poumons/ poumons d’un fumeur.
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°3
Objectif général : Les fonctions du cœur.
Objectif général : Les fonctions du cœur
Objectifs de la séance : le cœur ne sert pas qu’à apporter de l’oxygène
- Anatomie du cœur
- Education à la santé
Matériel :
- Un cœur pour la classe
- Une vidéo avec défibrillation
- Un défibrillateur
- Un tronc avec corps en humain en volume
- Des gants, un bac et des ciseaux pour le maître
Organisation :
-
Observation par demi-groupes, un demi-groupe étant sur une autre activité.
Le scientifique pratique la dissection
Déroulement :
- Dissection d’un seul cœur par Patricia devant chaque groupe (anatomie et observation des
conséquences de certaines maladies chroniques)
Réinvestissement, Education à la santé :
- Certaines addictions peuvent favoriser l’arrêt cardiaque favorisé (circonférence abdominale,
tabac, surpoids, cholestérol).
- Qu’est-ce qui se passe lors d’un arrêt cardiaque ? Le cœur n’a pas d’oxygène ; le cœur meurt ;
douleur. Expliquer que le gras du cœur bouche les artères : obésité –voir sur la dissection
- Défibrillation. Qu’est-ce que c’est? Fibrillation (APS)
- Réinvestissement : rythme cardiaque.
Evaluation formative
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré. Evaluation formative
Cycle
complet
de
la
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°4
Objectif général : Le fonctionnement de la circulation sanguine.
Objectif de la séance :
- Le circuit complet de la circulation sanguine
- Langage écrit : prendre des notes utiles au travail scolaire.
Vocabulaire :
- Aorte, veine cave, ventricule, auricule, capillaires
Organisation :
- Travail individuel en groupe-classe
Déroulement :
Questionnement :
- Repartir de l’arrêt cardiaque. Les caillots empêchent circulation. Donc comment circule le
sang dans le corps ?
- Complètent le schéma du circuit à partir du cœur, tel qu’ils se le représentent.
- Confrontation entre chaque production
- Projection d’une vidéo avec prise de notes
- Mise en commun
- Chacun rédige sa trace écrite, validée par la scientifique et l’enseignante et reproduite dans son
cahier.
- Distribution du schéma juste, à colorier.
Matériel :
Images multimédia :
- « Circulation sanguine : évitez les bouchons » (Fb)
- 2 schémas du corps humain avec cœur/ poumon par élève
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°5
Objectifs :
Retour à la situation initiale et réinvestissement en lien avec la reproduction humaine.
Etude des échanges mère-enfant.
Déroulement :
Questionnement :
• Retour sur la vidéo de la noyade. Ils expliquent désormais scientifiquement les raisons
du massage cardiaque et de bouche-à-bouche.
• Mais pourquoi noyade cœur-poumon ? Réponses possibles : poumons pleins d’eau.
Alors comment bébé fait pour ne pas se noyer avant la naissance ?
• Emission d’hypothèses par les élèves en groupes pour débat
• Représentation schématique de ces hypothèses par groupes
• Confrontation
• Explications avec schéma.
• Lecture de « L’Odyssée de la vie ».
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°6
Objectifs de la séance : synthèse sur les savoirs acquis.
Déroulement : synthèse collective complète
Course : faire le lien entre les besoins des organes et des muscles, qui ont besoin de plus de nutriments
alors nous respirons plus vite et notre cœur bat plus vite pour envoyer plus d’oxygène.
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Domaine des principaux éléments de mathématiques et la culture scientifique et
technologique : séance n°7
EVALUATION
Séance 1:
Séance 2 :
Séance 3 :
Relation entre respiration et Composants principaux de Fonctionnement du cœur
circulation : poumons - cœur l’air inspiré et de l’air expiré.
Cycle
complet
de
la Evaluation formative
respiration
Séance 5 :
Opérationnaliser les
connaissances : - Les
échanges mère –enfant
Séance 6 :
Séance 7 :
Retour sur les conceptions Evaluation sommative sur les
initiales
savoirs et la méthodologie
Séance 4 :
La circulation du sang dans le
corps
Séance 8 :