Fiche 12 Nutrition animale et humaine : respiration et circulation

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 ?
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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 ?
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2) En quelques phrases, explique ce que t’apprend ce tableau.
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3) Quelle information connaissais-tu ?
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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 ?
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5) En quelques phrases, explique ce que tu as appris dans ce tableau.
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Questions
1) Où sont situés les alvéoles pulmonaires? Tu peux rechercher dans ton cahier d’expériences.
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2) Observe le schéma légendé de l’alvéole pulmonaire.
Document
Explique en quelques phrases les informations que tu as comprises.
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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.