Notions spécifiques IUFM Bourgogne la respiration

Notion spécifique : la respiration
dans la partie « Le corps humain et l’éducation à la santé »
Jean-Charles ALLAIN IUFM de Bourgogne, Dijon
Difficultés liées à la construction de la notion
Relations poumons - cœur difficiles à établir. Signification des échanges poumons - sang.
Notion de gaz et de matérialisation de l’air. Notion de mélange de gaz entrant dans la
composition de l’air. Différents niveaux d’approche de plus en plus intimes dans l’organisme
(aspect mécanique, aspect échanges avec le sang, échanges avec les organes).
Niveaux des connaissances à construire = niveaux de formulation par cycle
Cycle 1. La respiration est un phénomène vital. Les enfants respirent, les animaux aussi.
On peut voir qu’on respire : la poitrine se soulève et on peut souffler de l’air. On a besoin
d’air pour respirer.
Cycle 2. L’air est vital. On respire continuellement par des mouvements réguliers. Le
rythme augmente quand on fait des efforts. Un enfant peut forcer ou bloquer sa respiration.
L’air entre (inspiration) et sort (expiration) par le nez et par la bouche. L’air va dans les deux
poumons puis ressort.
Cycle 3. La respiration se manifeste extérieurement par des mouvements réguliers :
inspiration et expiration. Le rythme de la respiration peut varier en fonction de l’activité. L’air
entre dans les deux poumons par la trachée-artère, les bronches et va dans des petits sacs
très nombreux, les alvéoles pulmonaires (grande surface d’échanges). L’air qui ressort des
poumons est différent de l’air qui entre ; il contient moins d’oxygène et plus de « gaz
carbonique » et de vapeur d’eau : l’air est modifié pendant que nous respirons. Au niveau
des alvéoles, l’oxygène passe dans le sang pour être distribué à tous les organes et
inversement le gaz carbonique est rejeté comme un déchet. La respiration sert à fabriquer
de l’énergie.
Un air pollué (cf. la pollution de l’air au-dessus des villes) et de même un excès de tabac ne
sont pas bons pour la santé (liens avec l’éducation à la santé).
* Souvent au CE, la respiration animale est abordée. Il faut faire constater que pratiquement
tous les êtres vivants respirent, pas toujours dans le même milieu (air et eau) et que les
poumons et les branchies ont la même fonction d’absorption d’oxygène.
Difficultés des élèves (cf. le recueil et l’analyse de leurs conceptions initiales)
Tous les élèves n’ont pas l’idée des deux temps de la respiration. L’air entre par le nez et
ressort par la bouche. L’air va d’un poumon à un autre. L’air va dans le cœur. L’air va dans
l’estomac. L’air va dans tout le corps (courant d’air). Un tuyau par poumon depuis le nez. Un
tuyau pour l’entrée, un autre pour la sortie. Le cœur est une pompe à air. L’air qui sort est le
même que celui qui est entré. Ou, au contraire, l’air se transforme dans les poumons (en gaz
carbonique). Il y a un bon poumon (pour le bon air) et un mauvais poumon (pour les fumées
de voiture).
Exemple de progression pédagogique = enchaînement de séances sur le sujet avec
énoncés de problèmes à résoudre
Situations de départ possibles pour déclencher les premières perceptions et le
questionnement des élèves : séquences d’EPS, course ou natation (bulles qui montent,
poumons remplis, on flotte et poumons vidés, on descend) , fait d’actualité tel que la
mauvaise qualité de l’air ou entrée par l’éducation à la santé (effet du tabagisme…).
Situations - problèmes possibles
•Quelles sont les manifestations extérieures de la respiration ? Ou comment voit-on qu’on
respire ? (CII et CIII) •Pourquoi respire-t-on plus ou moins vite ? •Quel est le trajet de l’air
dans notre corps ? (CII et CIII) •Quelle est la différence entre l’air qui entre et l’air qui sort ?
(CIII) •Comment mesurer la capacité de nos poumons ? Ou quelle quantité d’air respire-t-on
ou sort de nos poumons ? (exclusivement CM) •A quoi sert la respiration ? (fin de CIII)
•Quels sont les dangers de la pollution atmosphérique et les conséquences éventuelles sur
notre santé ? (surveillance de l’air, maladies respiratoires) •Quels sont les méfaits du
tabagisme ?
Compétences méthodologiques à faire acquérir
Savoir observer son propre corps et / ou le vivant animal. Savoir rendre compte d’une
observation par le dessin. Etre capable d’effectuer des mesures pour répondre à une
question d’ordre scientifique.
Connaître les étapes de la démarche expérimentale : imaginer des hypothèses, chercher
des réponses possibles, reconnaître la nécessité de tester, proposer des moyens de vérifier
une idée émise, dégager plusieurs facteurs en jeu, rechercher un dispositif expérimental
pour tester une hypothèse.
Suggestions de matériels et documents à utiliser pendant les activités
Radiographies de poumons et autres imageries médicales. Tableau de comparaison de la
composition de l’air inspiré et de l’air expiré. Extrait de film documentaire ou de dessin
animé, exemple l’épisode « La respiration » de la série « Il était une fois… la vie ». Un demilapin de boucherie ou un ensemble cœur - poumon de mouton ou de porc.
Idées d’activités
d’activités à conduire pendant les séances : activités sur des images, observations,
manipulations, mesures et expérimentations (certaines devraient être imaginées par les
élèves)
Manipulations avec le nez et la bouche pour démontrer le double rôle possible de chacun.
Mise en évidence de l’air en gonflant et dégonflant un ballon, en soufflant sur un moulinet.
Souffler dans une cuvette d’eau à l’aide d’une paille.
Transvaser l’air d’un bocal à un autre.
Fermer le goulot d’une bouteille et presser.
Toucher sa cage thoracique (mouvements et côtes).
Mesurer le périmètre thoracique, en inspiration et en expiration, à l’aide d’un mètre à ruban
ou d’un bout de ficelle.
Mesurer le rythme respiratoire au repos, debout ou allongé (feuille de papier posée sur le
thorax), et tout de suite après un effort physique. Faire la différence entre le rythme
respiratoire et le rythme cardiaque. Démontrer le lien entre l’activité physique et le rythme
respiratoire : approche du rôle de la respiration qui apporte de l’oxygène à tous les organes.
Faire exprimer par un dessin individuel les conceptions initiales des élèves « Quel est le
trajet de l’air dans ton corps ? ».
Organiser une confrontation des différents points de vue pour faire douter les élèves, lister
les questions que la classe se pose.
Utiliser une radiographie des poumons pour rechercher des informations (forme des
poumons, côtes de la cage thoracique) par une analyse de l’image. Comparer deux
radiographies en inspiration et expiration.
Observer un ensemble réel cœur - poumons, faire décrire les différentes parties.
Faire suivre le trajet de la trachée et des bronches.
Montrer la capacité des poumons à se gonfler en faisant souffler par un tube dans la
trachée. Faire constater la légèreté des poumons : un morceau de poumon flotte sur l’eau, ils
sont différents des muscles. Faire observer l’élasticité, la texture d’une éponge. Presser un
fragment de poumon sous l’eau et voir les bulles d’air qui s’échappent. Faire décrire la
couleur rosée, signe de la présence de sang.
Faire réaliser un dessin d’observation et / ou un schéma de l’appareil respiratoire.
Comparer avec le schéma donné dans un manuel scolaire.
Eventuellement proposer une expérience pour simuler le rôle du diaphragme.
Souffler sur une vitre.
Expirer sur le réservoir d’un thermomètre.
Faire brûler une bougie dans de l’air expiré ou dans l’air ambiant.
Souffler avec une paille de l’air expiré dans de l’eau de chaux.
Faire la même expérience mais remplacer par de l’air atmosphérique grâce à une pompe à
vélo.
Analyser un tableau de la composition de l’air inspiré et de l’air expiré.
Rechercher des informations dans des images fixes : alvéoles pulmonaires, sang et
globules rouges.
Rechercher des informations dans des images animées extraites de films de vulgarisation :
« C’est pas sorcier », « Il était une fois … la vie ».
Sensibiliser aux dangers du tabagisme : lecture de radiographies de poumons de fumeur,
observation de filtre de cigarette, expérience de la machine à fumer.
Faire imaginer par les élèves de CM, des dispositifs expérimentaux pour mesurer la
quantité d’air qui est contenue dans les poumons, faire dessiner les projets, discuter de leur
faisabilité en poussant à argumenter et à justifier puis réaliser quelques expériences.
Exemples de leurs propositions : souffler dans un ballon, souffler dans un sac en plastique
gradué ( !), souffler, par un tuyau, dans un bidon à moitié rempli d’eau et, si le bidon est
gradué, mesurer de combien l’eau (ou l’air) est montée au-dessus de l’air (ou l’eau !),
souffler dans un ballon, le fermer puis remplir un autre ballon de la même quantité d’eau et la
mesurer en vidant ce ballon dans un récipient gradué (doseur de cuisine), souffler dans un
ballon et le maintenir sous l’eau et noter la différence de niveau, premières idées de
spiromètres : canon à air comprimé…
Expérience « du maître » : souffler par un tuyau souple, dans une bouteille remplie d’eau
renversée au-dessus d’une cuvette d’eau, voir l’air chasser l’eau par le bas et mesurer.
Comparer les résultats obtenus après diverses tentatives à ceux trouvés dans les livres.
Indications du travail sur le cahier d’expériences (avec exemples de traces écrites élaborées
individuellement et collectivement par les élèves qui devraient témoigner du cheminement de
la classe et des étapes de la démarche scientifique)
Dessin individuel des conceptions initiales des élèves : « Ce que je crois savoir… »
« Les questions que nous nous posons. » Tableau construit avec les élèves pour
définir et comparer inspiration et expiration. Calque d’une radiographie faisant
apparaître les éléments essentiels. Compte rendu d’observation. Dessin de projet
d’expériences : « J’imagine » ou « Nous imaginons une expérience », « Je m’attends
à ». Schéma d’expériences réalisées : « Je raconte notre expérience » ou « Mon
dessin de l’expérience ». « Notre conclusion » ou « Ce que nous devons retenir ».