2009 SERVICE DES RESSOURCES ÉDUCATIVES 055-307 APPLICATIONS SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES JUIN 1re année du 2e cycle du secondaire Épreuve de la compétence 2 Outils d’évaluation Durée : 3 heures Voici les critères qui seront utilisés pour évaluer vos compétences dans cette situation d’évaluation d’analyses scientifique et technologique Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques Utilisation pertinente des concepts, des lois, des modèles et des théories de la science et de la technologie Production d’explications ou de solutions pertinentes Justification adéquate des explications, des solutions ou des décisions Indicateurs Sélectionne les concepts pertinents Explique la problématique en se basant sur des concepts scientifiques Établit des liens entre les concepts Présente son opinion Justifie son opinion Reconnaît les avantages et inconvénients des solutions envisagées 2 1. L’alimentation est technologique Associez chacune des étiquettes aux produits correspondants et expliquez comment la composition de chaque produit contribue à combler les besoins nutritifs de l’athlète avant, pendant et après la compétition. Avant la compétition : Barre énergétique – Le numéro de l’étiquette est : 1 Explication : Avant la compétition, l’alimentation de l’athlète devra permettre d’emmagasiner un maximum d’énergie ; les glucides sont une source d’énergie immédiate. La présence de lipides, source d’énergie de réserve servira à prévenir la faim. Finalement, les protéines pourraient aussi servir de source d’énergie quand les deux autres nutriments seront épuisés. Si la barre énergétique est utilisée longtemps avant la compétition, pendant une période d’entraînement, les protéines qu’elle contient pourraient aussi contribuer à construire les tissus musculaires. Pendant la compétition : Gel énergétique – Le numéro de l’étiquette est : 3 Explication : Pendant la compétition, les glucides fournissent de l’énergie immédiatement disponible, les sels minéraux, eux, comblent les pertes électrolytiques provoquées par la sudation. Après la compétition : Barre de récupération – Le numéro de l’étiquette est : 2 Explication : Après la compétition, l’ingestion d’une plus grande quantité de protéines est nécessaire pour la réparation des tissus endommagés. Les glucides, les lipides de sels minéraux permettent de refaire les réserves énergétiques et électrolytiques utilisées lors de l’effort. La présence de vitamines facilite toutes ces transformations. Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 3 Justification adéquate des explications A B C D E 2. Première greffe mondiale de deux bras entiers a) Les nerfs moteurs transmettent l’influx nerveux du système nerveux central (encéphale ou moelle épinière) aux muscles. Dans le cas de ce patient, la greffe du nerf moteur semble avoir réussi puisque la commande du mouvement est initiée par lui et transmise aux muscles de la main greffée. Cependant, l’absence de sensation signifie que la greffe du nerf sensitif n’est pas fonctionnelle, car, les influx nerveux qui sont produits au niveau de la peau ne sont pas acheminés jusqu’à l’encéphale. b) La compatibilité entre le donneur est très importante car il arrive que le système immunitaire interprète la présence de la greffe comme étant l’introduction d’un corps étranger. Le système immunitaire a pour rôle de détecter la présence de corps étrangers et de s’y attaquer pour éviter que ces antigènes ne mettent en péril le bon fonctionnement du corps. C’est l’immunité non spécifique qui protège l’organisme humain contre n’importe quel antigène. La réaction du système immunitaire sera de produire des globules blancs qui seront capables de s’attaquer aux tissus greffés par phagocytose. Une telle attaque met en péril la survie de l’organe greffé. Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 4 Justification adéquate des explications A B C D E 3. L’analyse du genou Fonction globale : permettre les mouvements de la jambe Schémas de principe Type de mouvement : Flexion Type de mouvement : Extension Position finale Position de départ Position finale Position de départ Explications du fonctionnement Lors de la flexion, les muscles de l’arrière de la cuisse se contractent. Se faisant, ils se raccourcissent exerçant une force de contraction sur les os de la jambe. Les muscles de l’avant de la cuisse sont étirés par une force de traction. L’action des muscles permet un mouvement de rotation de l’articulation du genou, permettant aux os de la jambe de se rapprocher de celui de la cuisse. Lors de l’extension, les muscles de l’avant de la cuisse se contractent et ceux de l’arrière s’étirent, provoquant un mouvement de rotation inverse, permettant aux os de la jambe de s’éloigner de celui de la cuisse. Ce sont des muscles antagonistes car ils ont des effets opposés. 5 Analyse de la construction du genou Fonction mécanique Identification de la structure (Extension et flexion, Guidage en rotation Liaison complète ou partielle, Support) Propriété mécanique des matériaux (Rigidité, Élasticité, Adhérence) Os : B,E,F,H Sous-système des os Support aux autres organes de l’articulation Rigidité Muscles A Flexion et extension ou mouvements de la jambe Élasticité Tendon : G Liaison complète muscle à os Élasticité Cartilage : C Guidage en rotation Adhérence Ligaments : D Liaison partielle os à os Élasticité Fémur, Fibula (Péroné), Tibia Rotule Sous-système des muscles et tendons Sous-système des ligaments et du cartilage Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 6 Justification adéquate des explications A B C D E 4. Un spa à la maison La masse volumique est un rapport entre la masse d’un objet et le volume qu’il occupe. Or, pour que le corps humain flotte dans l’eau, la masse volumique du corps doit être égale à celle de la solution salée. La masse volumique de l’eau est de 1 kg/L. En ajoutant du sel, on augmente la masse de la solution jusqu’à ce que sa masse volumique soit égale à celle du corps humain. Masse volumique du corps humain : 52,0 kg / 46,0 L = 1,12 kg/L La masse volumique de l’eau salée doit être au moins égale au corps donc 1,12 kg/L Masse totale de la solution : 1,12 kg/L x 60,0 L = 67,2 kg Masse de l’eau : 1,00 kg/L x 60,0 L = 60,0 kg Masse de sel à ajouter : 67,2 kg -60,0 kg = 7,2 kg Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 7 Justification adéquate des explications A B C D E 5. L’usage d’un médicament est-il toujours sécuritaire? a) Les globules rouges sont responsables du transport de l’oxygène des poumons vers les cellules et du transport du CO2 des cellules vers les poumons. Au repos, les cellules ont continuellement besoin d’oxygène pour utiliser les nutriments, produisant de façon continuelle du CO2. Au cours d’une activité physique plus intense, la consommation d’oxygène et la production de CO2 s’accentuent exigeant du corps d’augmenter la circulation sanguine pour assurer les échanges gazeux. L’EPO accroît le nombre de transporteurs d’oxygène que sont les globules rouges. Les poumons, le cœur et les muscles sont mieux approvisionnés en oxygène et débarrassés de CO2 permettant à l’athlète de réaliser de meilleures performances sportives. b) Les globules rouges sont des éléments solides dans le sang. En augmentant leur nombre, le sang devient plus épais, affectant le système cardiovasculaire : le cœur qui pompe un liquide plus épais effectue un travail plus difficile. Les vaisseaux sanguins font circuler le sang à une pression plus élevée que la normale, augmentant les risques de rupture. Finalement, un sang trop visqueux pourrait aussi favoriser la formation de caillots, obstruant des vaisseaux sanguins. Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 8 Justification adéquate des explications A B C D E 6. Le rêve olympique Les stéroïdes anabolisants sont à base de testostérone, l'hormone sexuelle mâle responsable entre autres de la croissance des os et des muscles. Elle provoque aussi l'apparition et le maintien des caractères sexuels masculins secondaires comme la pilosité faciale et la gravité de la voix. Elle stimule la production de spermatozoïdes. L’avantage principal de consommer des stéroïdes anabolisants est l’augmentation de la masse musculaire. Quand une personne s’entraîne, elle demande à ses muscles d’effectuer une plus grande charge de travail, ce qui favorise la production et la croissance de nouvelles cellules musculaires : les muscles grossissent et sont plus puissants. Lorsqu’un athlète consomme de la testostérone, les effets de l’entraînement sont augmentés car la testostérone augmente la croissance des muscles, même sans exercice. Puisque la testostérone est une hormone masculine, elle provoque l’apparition des caractères sexuels secondaires masculins, ce qui constitue le principal désavantage de consommer des stéroïdes anabolisants pour Karine, qui est une fille. Par exemple : pilosité (particulièrement faciale), perturbation du cycle menstruel, changement du timbre de la voix. Utilisation pertinente des concepts A B C D E Production d’explications ou de solutions pertinentes A B C D E 9 Justification adéquate des explications A B C D E Exemple 1 de schéma de principe de la manette et de ses modifications. Le ressort s’étire vers la gauche. Ressort 2 Ressort 1 Description du fonctionnement et des modifications : Pour améliorer la manette, j’ai ajouté un ressort sur chaque cotés du pivot. Alors, quand on applique une force sur le manche en direction de droite, le pivot effectue une rotation. Ce qui a pour conséquence d’étirer le ressort 2 qui accumulera alors une force de compression. Lorsqu’on relâche le manche, le ressort 2 regagne sa position d’origine en libérant la force de compression accumulée, forçant le manche à revenir à sa position de départ. Il en est de même lorsqu’on applique une force sur le manche vers la gauche mais cette fois, c’est le ressort 1 qui accumule la force de compression. 10 Exemple 2 de schéma de principe de la manette et de ses modifications. Ressort 3 Ressort 1 Le ressort s’étire vers le haut. Ressort 4 Le ressort s’étire vers la gauche. Ressort 2 Description du fonctionnement et des modifications : Pour améliorer la manette, j’ai ajouté un ressort sur chaque coté du pivot en X et du pivot en Y. Lorsqu’on applique une force sur le manche en direction gauche vers le bas, les ressorts 2 et 4 accumulent une force de compression qui sera libérée lorsque qu’on relâche le manche. Ce qui aura pour conséquence de ramener le manche au centre de la manette. Les quatre ressorts permettront donc d’accumuler chacun des forces, selon les forces appliquées sur le manche afin que le manche revienne toujours au centre de la manette. 11 ÉCHELLE DESCRIPTIVE DU NIVEAU DE DÉVELOPPEMENT DE LA COMPÉTENCE METTRE À PROFIT SES CONNAISSANCES SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES GRILLES DE L’ENSEIGNANT NOTE À L’INTENTION DES ENSEIGNANTS : LES GRILLES QUI SUIVENT DÉCRIVENT DES RÉPONSES ATTENDUES EN LIEN AVEC LES QUESTIONS POSÉES ET LES ÉCHELLES DE NIVEAUX DE COMPÉTENCES. CEPENDANT, ELLES NE PEUVENT PRÉVOIR TOUTES LES RÉPONSES QUE LES ÉLÈVES POURRAIENT PROPOSER. SI VOUS JUGEZ QUE CES RÉPONSES SONT ACCEPTABLES, NOUS VOUS SUGGÉRONS DE VOUS RÉFÉREZ AUX ÉCHELLES DE NIVEAUX DE COMPÉTENCES POUR LES SITUER À L’ÉCHELON CORRESPONDANT. QUESTION 1 : L’ALIMENTATION EST TECHNOLOGIQUE Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A Identifie au moins un élément additionnel par exemple: le rôle possible des protéines comme source d’énergie alternative le rôle des vitamines Associe les trois aliments à leurs étiquettes Associe les effets de la compétition aux besoins nutritifs pour chaque période : avant, pendant et après Justifie son choix en s’appuyant sur la composition des aliments (glucides, lipides, protéines) pour répondre aux besoins nutritifs de l’athlète pour chaque période Niveau B Niveau C Identifie la fonction des glucides, des lipides, des protéines, des sels minéraux Identifie la fonction des glucides, des lipides et des protéines Associe un aliment à son étiquette Associe un aliment à son étiquette Niveau D Identifie la fonction soit des lipides, des glucides ou des protéines Produit des explications sans faire appel aux concepts ET OU Associe un effet de la compétition aux besoins nutritifs pour chaque période : avant, pendant et après Justifie son choix en s’appuyant sur la composition d’un des aliments (glucides, lipides, protéines) pour répondre aux besoins nutritifs de l’athlète pour chaque période Associe un effet de la compétition aux besoins nutritifs une période : avant, pendant et après Nomme un effet de la compétition sans l’associer aux besoins nutritifs Justifie son choix en s’appuyant sur la composition d’un des aliments (glucides, lipides, protéines) pour répondre aux besoins nutritifs de l’athlète pour une période Justifie son choix en s’appuyant sur un des éléments entrant dans la composition d’un des aliments (glucides, lipides, protéines) pour répondre aux besoins nutritifs de l’athlète pour une période 12 Niveau E Établit peu ou pas de liens peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier QUESTION 2 : PREMIÈRE GREFFE MONDIALE DES DEUX BRAS ENTIERS Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A Reconnaît que la transmission de l’influx nerveux emprunte des nerfs différents : moteur ou sensitif Reconnait la pertinence de la compatibilité des groupes sanguins des greffes et du receveur pour diminuer la réponse immunitaire Distingue le trajet de l’influx nerveux produit lors d’un acte volontaire de celui produit dans le cas d’une sensation Reconnaît que la réponse du système immunitaire peut mettre en péril la survie de l’organe greffé Explique le mode d’action des globules blancs de l’immunité non spécifique (phagocytose) Niveau B Reconnaît que la transmission de l’influx nerveux peut être motrice ou sensitive Reconnait la pertinence de la compatibilité des greffes et du receveur pour diminuer la réponse immunitaire Associe la source de l’insensibilité au nerf sensitif et la motricité au nerf moteur Explique que le système immunitaire traite la greffe comme un antigène Associe la réponse immunitaire à la production de globules blancs capables de s’attaquer aux antigènes Niveau C Identifie le rôle des nerfs dans la transmission de l’influx nerveux Niveau D Identifie le rôle des nerfs dans la transmission de l’influx nerveux ET OU Identifie le système immunitaire comme responsable de la défense de l’organisme Identifie le système immunitaire comme responsable de la défense de l’organisme Associe les difficultés sensorielles du patient à un trouble neurologique sans spécifier lequel des nerfs (sensitif ou moteur) est la source de l’insensibilité Associe les difficultés sensorielles du patient à un trouble neurologique sans spécifier lequel des nerfs (sensitif ou moteur) est la source de l’insensibilité ET OU Identifie le rôle du système immunitaire dans la protection contre la présence d’antigènes Identifie que les globules blancs jouent un rôle dans la défense de l’organisme Identifie le rôle du système immunitaire dans la protection contre la présence d’antigènes 13 Niveau E Produit des explications sans faire appel aux concepts Établit peu ou pas de liens peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier QUESTION 3 : L’ANALYSE DU GENOU Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A Niveau B Niveau C Identifie les mouvements de flexion et d’extension Détermine la fonction globale de l’articulation Niveau D Identifie les forces et les mouvements lors de la flexion et de l’extension Identifie les forces ou les mouvements lors de la flexion et de l’extension Identifie les forces ou les mouvements lors de la flexion ou de l’extension Son explication des mouvements de flexion et d’extension traite des os, des muscles et de l’articulation Décrit le fonctionnement des muscles antagonistes lors de la flexion et de l’extension Décrit le fonctionnement des muscles antagonistes (contraction et étirement) lors de la flexion ou de l’extension Décrit seulement la contraction des muscles lors de la flexion ou de l’extension Associe les fonctions du sous-système de chaque sous-système aux structures correspondantes Associe la fonction du sous-système des muscles et tendons aux structures correspondantes Reconnait que l’application des forces par l’action des muscles sur les os provoque le mouvement articulaire Associe la fonction du sous-système des os aux structures correspondantes Associe les fonctions mécaniques de chaque sous-système aux propriétés mécaniques Associe la fonction mécanique du soussystème des muscles et tendons aux propriétés mécaniques Associe la fonction mécanique du soussystème des os aux propriétés mécaniques 14 Niveau E Produit des explications sans faire appel aux concepts Établit peu ou pas de liens peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier QUESTION 4 : UN SPA À LA MAISON Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A Niveau B Niveau C Calcule la masse volumique de l’individu Calcule la masse volumique de l’individu Calcule la masse volumique de l’individu Calcule la masse de la solution salée Calcule la masse de la solution salée Calcule la masse de la solution salée Calcule la masse de sel nécessaire Calcule la masse de sel nécessaire Explique que, pour que la flottaison soit possible, les masses volumiques du corps et de la solution doivent être égales Explique que, pour que la flottaison soit possible, les masses volumiques du corps et de la solution doivent être égales Recourt, dans sa justification, au formalisme mathématique avec justesse et rigueur Recourt, dans sa justification, au formalisme mathématique avec des erreurs mineures de calculs ou d’unités Niveau D Niveau E Calcule la masse volumique de l’individu Effectue des opérations mathématiques qui ne sont pas en lien avec le problème à résoudre Explique que, pour que la flottaison soit possible, les masses volumiques du corps et de la solution doivent être égales Décrit sommairement le rôle de la masse volumique dans ce problème Établit peu ou pas de liens peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Tente de faire appel, dans sa justification, à un formalisme mathématique partiellement correct Justifie ses explications de façon peu appropriée Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier 15 QUESTION 5 : L’USAGE DES MÉDICAMENTS EST-ELLE TOUJOURS NÉCESSAIRE? Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A À l’effort, la demande en oxygène et le rythme de production du CO2 augmente Niveau B À l’effort, la demande en oxygène augmente Niveau C Niveau D Rôle des globules rouges dans l’échange gazeux Rôle des globules rouges pour l’apport d’O2 seulement Niveau E Rôle des globules rouges dans l’échange gazeux L’EPO augmente du nombre de globules rouges et favorise l’échange O2 CO2 ET L’EPO favorise l’échange O2 CO2 L’EPO favorise l’échange O2 CO2 L’EPO augmente l’apport en O2 ET ET OU Associe l’augmentation de la concentration en globules rouges à l’augmentation de la pression artérielle ET Associe l’augmentation de la pression artérielle à la formation de caillots OU Associe la présence d’un plus grand nombre de globules rouges à la formation de caillot L’EPO augmente du nombre de globules rouges Associe l’augmentation de la concentration en globules rouges à l’augmentation de la pression artérielle. OU Associe l’augmentation de la pression artérielle à la formation de caillots OU Associe la présence d’un plus grand nombre de globules rouges à la formation de caillots L’EPO augmente du nombre de globules rouges Associe l’augmentation de la concentration en globules rouges à l’augmentation de la pression artérielle. Associe l’augmentation de la concentration en globules rouges à l’augmentation de la pression artérielle L’EPO augmente du nombre de globules rouges L’EPO augmente du nombre de globules rouges OU Le sang devient plus concentré en particules solides donc moins facilement compressible. Le sang devient plus concentré en particules solides donc moins facilement compressible 16 Produit des explications sans faire appel aux concepts Établit peu ou pas de liens peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier QUESTION 6 : LE RÊVE OLYMPIQUE Justification adéquate des explications Production d’explications pertinentes Utilisation pertinente des concepts Niveau A Enrichie ses explications par un élément connexe, tel que : La testostérone sert normalement à produire les spermatozoïdes Impacts sur le cycle menstruel Mentionne les effets d’une alimentation enrichie en protéines sur le développement musculaire Justifie ses explications en s’appuyant sur le fait que la testostérone est une hormone virilisante qui peut perturber la croissance et le développement Niveau B Niveau C La testostérone est surtout présente chez l’homme Identification de la testostérone comme la substance responsable des changements observables chez Karine Nomme la testostérone comme la substance responsable des changements observables chez Karine Effets recherchés Augmentation de la masse musculaire ET Effets non recherchés Nomme plusieurs modifications aux caractères sexuels secondaires de Karine (apparition de la pilosité faciale) Provoque l’apparition des caractères sexuels secondaires masculins chez une fille Effets recherchés : Augmentation de la masse musculaire ET Effets non recherchés Nomme une modification aux caractères sexuels secondaires de Karine (apparition de la pilosité faciale) Un effet recherché : Augmentation de la masse musculaire OU Un effet non recherché Nomme une modification aux caractères sexuels secondaires de Karine (Apparition de la pilosité faciale) Produit des explications sans faire appel aux concepts Établit peu ou pas de liens, peu pertinents entre certains concepts dans le contexte de la situation Justifie ses explications en s’appuyant sur le fait que la testostérone est une hormone virilisante Justifie partiellement ses explications en ne décrivant que des effets recherchés ou non Justifie ses explications ses solutions ou ses opinions de façon peu appropriée Se satisfait d’émettre des explications, des solutions ou des opinions sans les justifier 17 Niveau D Niveau E QUESTION 7 : LA MANETTE DE JEU Niveau A Niveau B Niveau D Niveau E Nomme certains principes de fonctionnement d’un objet technique, d’un système technologique, d’un produit ou d’un procédé Propose des interventions inappropriées Se satisfait d’émettre des explications ou des opinions sans les justifier Production d’explications pertinentes Décrit sommairement les principes de fonctionnement de l’application Propose des interventions améliorant la performance de l’application Propose des interventions adéquates Propose des interventions partielles Identifie une source possible du mauvais fonctionnement sans proposer d’interventions appropriées Justification adéquate des explications Utilisation pertinente des concepts Décrit les principes de fonctionnement ou de construction d’un objet technique ou du système technologique et de ses principaux sous-systèmes et mécanismes Niveau C Justifie ses solutions ou ses interventions en s’appuyant sur des principes scientifiques ou technologiques allant audelà des limites de l’application Justifie ses interventions, en s’appuyant surtout sur des principes scientifiques ou technologiques Justifie ses interventions en s’appuyant sur un principe scientifique ou technologique Justifie ses interventions en s’appuyant des éléments qui ne sont pas de nature scientifique ou technologique 18 Nom : Groupe : GRILLE DE CONSIGNATION Épreuve de compétence 2 Compétence 2 : Critères de la compétence 2 Utilisation pertinente des concepts Production d’explications pertinentes Justification adéquate des explications Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques 1 2 Questions 4 3 5 6 7 A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E A B C D E COTE GLOBALE POUR L’ÉPREUVE 19