- enseignement Catholique

HPT
Formation scientifique
UAA3 – Partie I
AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux
5 février 2015
Fiche d’investigation 1
Á la découverte du monde cellulaire
Au travers de cette démarche d’investigation, la compétence rencontrée sera :
« Sur base d’une démarche d’investigation, observer qu’un organisme pluricellulaire est
constitué de cellules qui assurent les fonctions essentielles du vivant. »
Développements attendus principalement visés
Légender un dessin ou un schéma d’une cellule animale et d’une cellule végétale observée en microscopie
optique (C1).
Réaliser le dessin d’une cellule observée au microscope optique et estimer son ordre de grandeur
(A1).
L’élève réalise et légende le schéma ou le dessin d’une cellule animale et d’une cellule végétale
observées au microscope optique. Connaissant le grossissement du microscope, il estime l’ordre de
grandeur de la cellule observée.
Mettre en relation les organites cellulaires étudiés avec les quatre fonctions que sont la nutrition et
l’excrétion, la respiration et la photosynthèse (C2).
L’élève complète un tableau reprenant les organites cellulaires étudiés et les quatre fonctions associées
(nutrition, excrétion, respiration et photosynthèse).
Sur base de documents iconographiques, hiérarchiser les différents niveaux d’organisation d’un
organisme pluricellulaire (A2).
Sur un document (dessin ou schéma) illustrant un système organique, l’élève identifie (en légendant le
document) les niveaux d’organisation (système, organe, tissu, cellule), puis il formule la hiérarchie de
ces niveaux dans un court texte sous le document.
Analyser et interpréter une expérience faite en classe (A3).
Pour une expérience réalisée en classe (montrant, par exemple, le lien entre membrane et perméabilité,
entre paroi et turgescence ou entre photosynthèse et production d’amidon), l’élève cite les objectifs de
l’expérience, en énonce les résultats, puis met en évidence (par un texte, par un schéma) comment ces
résultats permettent de rencontrer les objectifs.
Sur base d’observations réalisées au microscope, identifier le type de cellule, en justifiant son choix
(T1).
L’élève identifie le type de cellule (végétale ou animale) observée, photographiée ou dessinée et justifie son
choix.
À partir d’un document, analyser et interpréter le résultat d’une expérience (non réalisée en classe)
mettant en évidence les rôles des constituants cellulaires visibles au microscope optique (T2).
(P) L’élève ne peut être évalué sur cette activité.
(TQ) Pour une expérience nouvelle, non réalisée durant l’apprentissage, l’élève cite les objectifs de
l’expérience, en énonce les résultats puis met en évidence (par un texte, par un schéma) comment ces
résultats permettent de rencontrer les objectifs.
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Contexte :
Un être vivant, comme l’Homme, est un organisme constitué d’un ensemble de systèmes (système
digestif, système circulatoire…). Tous ces systèmes travaillent ensemble pour assurer le maintien en
vie de chaque individu. Un système
est constitué de plusieurs organes. Le
foie, l’estomac, l’intestin sont des
organes qui constituent le système
digestif. Chaque organe a une ou
plusieurs fonctions bien précises. Par
exemple, l’estomac digère des
aliments grâce au suc gastrique, le
foie stocke le sucre présent dans le
sang… Chaque organe est constitué
de différents tissus. Ainsi, la paroi
interne de l’intestin grêle est tapissée
par une muqueuse qui permet de
laisser passer certains aliments
digérés dans le sang. Ce tissu,
comme n’importe quel autre tissu est
constitué de cellules.
(illustration : d’après http://st2s-casteilla.net/bph/organisation-de-letre-humain.html, page consultée le 2 février
2015)
Problèmatisation
Ce qui permet à chaque organe de réaliser sa ou ses fonctions est donc en réalité le résultat du travail
réalisé par les cellules qui constituent cet organe. De quoi est donc constituée une cellule ?
Le professeur demande aux élèves :
Est-il possible d’observer une cellule à l’œil nu ? Quel est l’ordre de grandeur d’une cellule ?
Les élèves émettent plusieurs hypothèses :
-
La plupart des cellules ne sont pas visibles à l’œil nu.
-
La dimension d’une cellule est plus petite que 1 mm.
-
…
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Pour pouvoir observer des cellules, on a besoin d’utiliser le microscope. Avons-nous des
microscopes ? Comment les utiliser ?
Recueil et traitement des informations (cœur de la démarche
d’investigation)
Le professeur propose aux élèves d’apprendre à utiliser un microscope (fiches FA1 & FA2).
Les élèves découvrent que :
a) On peut choisir différents grossissements.
b) On peut déterminer le grossissement d’un microscope en multipliant le grossissement indiqué sur
les oculaires et le grossissement indiqué sur l’objectif.
c) L’image que l’on observe au travers du microscope est inversée et renversée par rapport à l’objet
observé.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Que peut-on observer comme cellules ?
Le professeur propose aux élèves de commencer par préparer des coupes microscopiques afin
d’observer des cellules d’épiderme d’oignon blanc colorée avec du lugol (ou du bleu de méthylène) (voir
fiche FE2).
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Le professeur demande aux élèves de réaliser un dessin d’observation des cellules d’épiderme
d’oignon (voir fiche FE1 pour la méthode).
Les élèves constatent que :
a) L’épithélium d’oignon est constitué d’un ensemble de cellules de formes régulières et bien rangées.
Les cellules sont jointives et sont rangées comme les briques d’un mur.
b) Une cellule est délimitée par une paroi rigide : la paroi cellulosique.
c) Une cellule contient un noyau (situé souvent en périphérie).
d) L’intérieur de la cellule s’appelle le cytoplasme.
e) L’ordre de grandeur d’une cellule est de 0,5 mm, soit 50 µm.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Peut-on encore observer d’autres éléments à l’intérieur de la cellule ?
Le professeur propose aux élèves de préparer des coupes microscopiques afin d’observer des cellules
d’épiderme d’oignon rouge (voir fiche FE3, première partie).
Le professeur demande aux élèves de réaliser un dessin d’observation des cellules d’épiderme
d’oignon rouge (voir fiche FE1 pour la méthode).
Les élèves constatent que des organites occupent une place très importante dans la cellule végétale :
les vacuoles.
Le professeur explique que les vacuoles sont de grandes cavités sphériques où sont stockés l’eau, les
déchets et diverses substances utiles à la cellule. Les vacuoles permettent de maintenir l’hydratation
de la cellule.
La vacuole remplie d’eau permet ainsi de maintenir la cellule en turgescence et conduit souvent la
cellule végétale à avoir une forme allongée. C’est aussi cette présence d’eau dans les cellules végétales
qui assurent la rigidité des parties souples de la plante (tige, feuille, jeunes pousses…). Si les cellules
se vident d'eau, la turgescence cesse, les vacuoles se rétractent, les membranes cytoplasmiques se
décollent de la paroi, les parties souples de la plante s'amollissent et cette dernière se fane. L'état de
turgescence est normalement constant dans les cellules de la plante.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Peut-on observer des cellules dont les vacuoles perdent leur eau ?
Le professeur propose aux élèves de préparer des coupes microscopiques afin d’observer des cellules
d’épiderme d’oignon rouge en train de perdre leur eau (voir fiche FE3, seconde partie).
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Les élèves constatent que
a) Lorsque les cellules sont plongée dans de l’eau salée, les vacuoles se rétractent et diminuent de
volume.
b) À certains endroits, on constate que des cellules ont une membrane qui se décolle de la paroi : c’est
la membrane cytoplasmique.
Le professeur explique que le fait de mettre une cellule dans un milieu extérieur très riche en sel (milieu
hypertonique), cela a pour conséquence de vider l’eau des cellules. En effet, l’eau peut passer librement
au travers de la membrane de la vacuole, au travers de la membrane cytoplasmique et au travers de la
paroi cellulaire. L’eau (les molécules d’eau, très petites) se déplace toujours d’un milieu moins concentré
comme le cytoplasme vers un milieu très concentré comme une solution saturée en sel.
Questionnement possible
des élèves pour poursuivre l’investigation :
-
Comment expliquer que l’eau puisse passer librement au travers des membranes ?
-
La membrane est-elle trouée ?
-
Quelle est la grandeur des trous ?
Le professeur réalise un schéma très simple de la membrane cytoplasmique et décrit le phénomène
d’osmose.
Autres activités possibles : -
Fiche FE6
-
Fiche FA5
Le professeur propose aux élèves d’observer un autre exemple de cellules végétales avec le
microscope optique : des cellules d’élodée du Canada (fiche FE4).
Les élèves identifient un nouvel organite, de coloration verte : le chloroplaste.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation :
Les cellules d’un être humain ou d’un animal sont-elles semblables aux cellules végétales ?
Le professeur propose aux élèves d’observer des photographies de cellules animales réalisées au
microscope optique (fiche FA8).
Les élèves constatent que :
a) La cellule animale est dépourvue de paroi cellulosique.
b) La cellule animale a une forme généralement variée, plus arrondie et est moins anguleuse que la
cellule végétale.
c) La cellule animale ne possède pas de grosses vacuoles.
d) La cellule animale ne possède pas de chloroplastes.
e) La cellule animale possède en commun avec la cellule végétale : un noyau, du cytoplasme, une
membrane cytoplasmique.
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Les élèves réalisent alors un schéma légendé d’une cellule animale « type » et le compare à celui d’une
cellule végétale « type ».
(schéma extrait du site : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/article.php3?id_article=1943, page consultée le 2 février
2015)
Communication
Le professeur réalise une synthèse avec ses élèves :
 Les êtres vivants sont composés de cellules.
 Les cellules sont trop petites pour être observées à l’œil nu. Il est donc nécessaire d’utiliser un
microscope optique pour les voir :
-
Il y a plusieurs grossissements possibles sur un microscope optique. Généralement les
grossissements vont de 40 à 1000X.
-
Le grossissement du microscope est déterminé en multipliant le grossissement indiqué sur les
oculaires et le grossissement indiqué sur l’objectif.
-
L’image vue au travers du microscope est inversée et renversée par rapport à l’objet observé.
 La plupart du temps, les cellules sont accolées les unes aux autres. Elles sont délimitées par une
membrane cytoplasmique qui contient le cytoplasme où est situé le noyau cellulaire. L’ordre de
grandeur d’une cellule est de 0,5 mm, soit 50 µm.
 Même si la structure générale est semblable, les cellules animales et les cellules végétales
présentent des différences.
Cellules végétales
Cellules animales
Forme anguleuse
Forme variée
Plus grandes :10-100 µm
Plus petites : 10-50 µm
Présence d’une paroi cellulosique
Présence d’une ou plusieurs
grandes vacuoles
Présence de chloroplastes
Pas de paroi cellulosique
Pas de grande vacuole
Pas de chloroplaste
 La vacuole de la cellule végétale est remplie d’eau et d’autres substances ; elle permet de maintenir
l’hydratation de la cellule. Lorsque cette vacuole est bien remplie, la cellule est en turgescence,
entrainant une certaine rigidité des parties souples de la plante. Si l’eau vient à manquer, la plante
se fane car l’eau contenue dans les vacuoles en sort, passe au travers de la membrane
cytoplasmique et de la paroi cellulosique.
 La paroi cellulosique de la cellule végétale, comme la vacuole, permet une certaine rigidité à la
plante toute entière.
Liens
Voir les références sur les différentes fiches.
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