Une nouvelle structuration. -La Terre dans lUnivers, la vie et lévolution du vivant Une approche fondamentale de la science -Enjeux planétaires contemporains

Une nouvelle structuration.-La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du

vivant Une approche fondamentale de la science

-Enjeux planétaires contemporains Une approche environnementale , globale et

durable

-Corps humain et santé Une approche individuelle et responsable

PREAMBULE

Un nouveau contexte pédagogique :

-Mettre en cohérence avec le contexte du socle commun de compétences du collège

-Affirmer la liberté pédagogique en osant, expérimentant et bouleversant les habitudes.

-Faire des choix nécessaires et réfléchis quant à l’ampleur de l’argumentation et les acteurs de l’investigation.

-Evaluer de façon diagnostique, formative et sommative. Des contrôles réguliers, courts et ciblés.

THEME 1 : La Terre, planète habitableLa Terre dans l’Univers , la vie, et

l’évolution du vivant

Les mots les plus souvent cités

Item1 : Les conditions de la vie : une particularité de la Terre?

Item 2: La nature du vivant: la chimie du vivant

Item 3: La nature du vivant: Le monde cellulaire

Item 4: La nature du vivant: l’ADN

Item 5:La biodiversité, résultat et étape de l’évolution: explorer la biodiversité

Item 6: La biodiversité, résultat et étape de l’évolution: les unités de descendance

Item 7: La biodiversité, résultat et étape de l’évolution: Les mécanismes de l’évolution

THEME 2 :Enjeux planétaires

contemporains

ENERGIE SOL

• le soleil, une source d’énergie essentielle

• le sol, un patrimoine durable ?

ENERGIE SOL

Entrée d’énergie et de matière minérale dans la biosphère

Mots clés : photosynthèse, productivité primaire, biomasse

Limites : aucun mécanisme cellulaire ni moléculaire

Collège : nutrition des végétaux ; réseau alimentaire

Item1 :Une source d’énergie essentielle : le soleil : L’énergie solaire permet la photosynthèse

La présence de restes organiques dans les combustibles fossiles montre qu’ils sont issus de la biomasse

Il est nécessaire de comprendre les caractéristiques d’un gisement… la transformation et la conservation de la matière organique se déroulant dans des circonstances géologiques particulières.

L’exploitation de ces gisements, par des méthodes adaptées, a des implications

économiques et environnementales….ENJEUX!

Item2 :Une source d’énergie essentielle : le soleil2. L’énergie solaire est à l’origine de la formation des combustibles fossiles

Objectifs : Etude D’UN exemple

Mots clés : Gisement, réserve, ressource, subsidence

Limites : l’explication de la répartition des ressources à l’échelle globale…sera abordée dans les classes supérieures…l’inégale répartition sera seulement signalée

Collège : décomposeur, roche sédimentaire, paléo-environnement

Convergences : Géographie

Un exemple d’amorce pour construire une tâche complexe :

deux charbons pour se chauffer• Charbon de bois• Charbon « de terre » = la houille

Origine organique commune mais processus de formation différent…

http://objectif-terre.unil.ch/index.php?id=2888

Enorme différentiel entre le temps d’élaboration d’un CF et le temps consacré à son utilisation (retour rapide du CO2 dans l’atmosphère)

Brûler un CF, c’est utiliser de l’énergie solaire du passé

Implications économiques et environnementales… augmentation rapide du CO2 atmosphérique

Item3 :Une source d’énergie essentielle : le soleil: L’utilisation des combustibles fossiles : un enjeu planétaire

Limites :les conséquences climatiques de la variation du CO2 atm ne sont qu’évoquées et seront étudiées dans les classes supérieures

Collège :responsabilité humaine en matière de santé et d’environnement (énergies fossiles et renouvelables)

-Énergie solaire inégalement reçue à la surface de la planète

-Utilisation par la photosynthèse…moins de 1% -Le reste chauffe l’air (via le sol), l’eau (origine

des vents et des courants) et évapore l’eau (cycle de l’eau)

-Utilisation de l’énergie des vents, des courants marins, des barrages hydroélectriques………ressources renouvelables

…Importance actuelle… et future

Item4 :Une source d’énergie

essentielle : le soleil: L’énergie solaire est à l’origine de ressources énergétiques rapidement renouvelables

Limites :proposer une vision globale…

L’énergie nucléaire signalée dans le cadre d’un panorama d’ensemble quantifié

Collège/Primaire :le cycle de l’eau

Convergences : Géographie ; Sciences Economiques

Rôle capital joué par l’Energie solaire…..à mettre en évidence, par exemple…lors de la construction, par les élèves d’un schéma-bilan….

Items 1/2/3/4…..

….source de nourriture-besoin de sols cultivables ET d’eau : 2 ressources

fragiles, disponibles en quantité limitée ; inégalement réparties

-concurrence entre agriculture et biodiversité naturelle

….mais aussi source de combustibles et d’agro carburants

-concurrence entre source de nourriture et source de combustibles et d’agro carburants

Limites : aucune étude pratique agricole Convergences :Géographie

Item 5 Le sol : un patrimoine durable ? 1/ Le sol est nécessaire à l’agriculture qui produit une biomasse végétale

Conditionné par la présence d’eau et la température

Lent à se former Facilement dégradé Inégalement réparti à la surface de la

planète Souvent détourné de sa fonction biologique

Sa gestion est un enjeu majeur pour l’humanité

Item 6 Le sol : un patrimoine durable ? 2. Le sol : interface entre la biosphère et la géosphère

Objectifs :étude d’un exemple…formation lente

Mots clés : altération, hydrolyse, roche mère, humus,

horizon Limites :les différents types de sol et

d’horizons les mécanismes de formation au-

delà de la simple existence d’une altération et d’une

interaction avec la biosphère Collège : sol milieu vivant , origine mixte

Remobilisation et nouveauté Thème 2

THEME 3 : Corps humain et santé:

l’exercice physique

Santé / exercice physique: une problématique personnelle

Comment pratiquer un exercice physique tout en préservant sa santé?

Comment concilier exercice physique et santé?

- Connaître le fonctionnement du corps- Connaître les effets physiologiques liés à

l’effort- Connaître les mécanismes liés à l’effort

- Comprendre que santé = bien être

Une problématique visant à l’éducation à la santé

Les besoins indispensables à la réalisation de ce métabolisme

-Les limites de ce métabolisme

Quantifier les consommationsMettre en évidence les relations suivantes :

-effort physique-énergie-respiration cellulaire- intensité de l’effort -consommation de dioxygène-limite (VO2 max)

Comment l’organisme produit-il l’énergie nécessaire à l’effort ?

Item 1:Connaître le métabolisme énergétique lié l'effort :

-satisfaire la contrainte : l'approvisionnement des muscles

-la réponse de l’organisme = modifier des paramètres dont la pression artérielle = adaptation physiologique

Constater et expliquer les variationsMettre en évidence des relations : _Débit ventilatoire et recharge en O2 _Débit cardiaque et pression artérielle _Répartition du débit sanguin et approvisionnement du

muscle

Comment l’organisme satisfait-il la demande du muscle en dioxygène et en nutriments liée à

l’effort?

Item 2: Connaître et comprendre l'organisation et le fonctionnement cardiovasculaire et ventilatoire à l'effort

Limites: Aucune étude n’est conduite à l’échelle

cellulaire L’étude anatomique se limite à celle du

cœur et de l’organisation générale de la circulation.

Aucune étude histologique n’est attendue

Nouveautés: paramètre physiologique supplémentaire :

PA consommation de nutriments :

quantification plus précise

PA = grandeur contrôlée par plusieurs paramètres dont la FC

-construire le concept de boucle de régulation = 1ère approche de la complexité

-échappement à l'effort

Définir ce qu'est un paramètre réguléIdentifier les acteurs et leur rôle pour construire la boucle de régulation

Comment l'organisme maintient-il au repos la fréquence cardiaque à des valeurs proches d'une valeur de référence?

Item 3: Comprendre le contrôle nerveux de la fréquence cardiaque dans le cadre de la régulation de la pression artérielle

Limites: Etude d'un seul élément d'un ensemble

complexe Pas d'étude { l’échelle cellulaire du

fonctionnement des récepteurs, des fibres nerveuses, du bulbe ou des effets nerveux sur le cœur ; les médiateurs nerveux.

Pas de mode de détermination de la valeur de la pression artérielle selon les circonstances

Réinvestissement des acquis du collège: Le message nerveux est vu simplement comme

un train de signaux de nature électrique. Organisation du système nerveux (centre,

nerfs)

Montrer la fragilité du système musculo-articulaire par les accidents liés à des pratiques inadaptées

Education à la santé: exercer sa responsabilité Relier les caractéristiques de l’organisation du muscle aux manifestations d’un accident musculo-articulaire

Comprendre les conséquences des pratiques inadaptées ou dangereuses

Comment augmenter ses performances physiques sans risque sur la santé?

Items 4 et 5: Comprendre l'importance du système musculo-articulaire dans la pratique d'un exercice sportif:

Limites: Un SEUL exemple d’accident musculo-

articulaire étudié (claquage, entorse, déchirure…)

Identification de la cellule musculaire. Pas d' étude intracellulaire de la fibre

musculaire ou de sa contraction est exclue. Pas d'étude de la commande de la

contraction

Intérêt: ouverture sur les métiers et formations

DES FACONS DIFFERENTES D’ORGANISER LES SAVOIRS

EXEMPLE 1: Partir des acquis des élèves concernant

l’organisme en fonctionnement et en lien avec l’EPS.

1/ La réalisation du mouvement Item 52/ La production d’énergie par le muscle

nécessaire au mouvement Item 13/ La réponse de l’organisme aux besoins

accrus du muscle à l’effort Item 24/ Le contrôle de la pression artérielle Item 35/ L’augmentation des performances

physiques sans risque sur la santé Item 4

EXEMPLE 2 : Partir de pratiques et du vécu des élèves afin de

réaliser l’inventaire des pratiques inadaptées et accidents (enquêtes)

1/ L’augmentation des performances physiques sans risque sur la santé Item 5 et 4

2/ La production d’énergie nécessaire à la contraction des muscles Item 1

3/ L’adaptation de l’organisme à la demande accrue des muscles à l’effort Item 2

4/ Le contrôle de la pression artérielle autour des valeurs standards? Item 3


EXEMPLE 3 : Discuter des recommandations données par un coach sportif

lors d’une épreuve: 1/ Avant l’épreuve: intérêt de l’alimentation, échauffement en

fonction du type d’épreuve, entraînement. - Apports alimentaires adaptés: satisfaire les besoins en nutriments au

muscle Item 1- Prendre conscience de ses capacités physiques: adapter les efforts et

éviter d’éventuels accidents musculo-articulaires Items 4 et 5

2/ Pendant l’épreuve: intérêt de la gestion de l’effort- Assurer la production d’énergie nécessaire à l’effort (existence d ‘une

limite physiologique VO2 max) Item 1- Modifier certains paramètres pour s’adapter à la demande musculaire et

gérer son effort Items 1 et 2

3/ Après l’épreuve: comprendre l’intérêt du retour au calme et caractéristiques de l’état de repos à travers l’exemple de la pression artérielle Item 3


- production de matière organique (amidon) au niveau des feuilles

(expériences sur le Pélargonium, feuilles vertes ou feuilles panachées) en présence ou absence de lumière/ sous atmosphère riche ou dépourvue en CO2.

Observation microscopique de cellules chlorophylliennes

(témoin + cellules exposées à la lumière puis colorées au Lugol).

Mise en évidence de différents types de réserve (glucidique, lipidique…) dans les organes

de réserve des végétaux.

Thème 2 Activités Pratiques Possibles

Mise en évidence de composés organiques (cellulose, lignine …) dans les tissus végétaux (Observation de coupes de tiges)

Réaliser un protocole expérimental et des mesures de la croissance d’une culture d’algues chlorophylliennes dans différentes conditions du milieu par densité optique à l’aide d’une sonde spectrophotométrique (ExAO) ou par comptage au microscope avec traitement des mesures par l’utilisation d’un tableur informatique.

Thème 2:Activités Pratiques Possibles

Caractéristiques d'un gisement de biomasse fossiles (charbon, lignite, pétrole, tourbe..) : Sortie sur le terrain ; visite de musée d’anciennes mines de charbon.

*Identification de failles normales sur le terrain. Mesure du rejet la croix du bucheron.

http://www.scoutorama.org/Croix-du-bucheron-et-geometrie

*Observation des différents éléments d’un cyclothème d’un bassin paralique ou limnique : grès – charbon – schistes et des empreintes ou fossiles.

Thème 2: Activités Pratiques Possibles

analyse de cartes géologiques avec bassins houillers et modélisation analogique de la subsidence en distension par des failles normales.

L'origine biologique des combustibles fossiles : identification de restes organiques fossiles à partir de l’observation macroscopique et microscopique dans des échantillons de lignite et/ou de charbon.

Comparaison d'une flore tropicale actuelle avec celles du crétacé supérieur et du carbonifère (empreintes ou restes de végétaux du lignite et du charbon). Reconstitution des paléoenvironnement ayant présidé à la genèse des gisements de combustibles fossiles : actualisme. [cf. thème 1 paléobiodiversité-évolution]


Découverte de la conservation et de la transformation de la matière organique (kérogène) en fonction de la profondeur : réalisation et/ou observation de carottes de tourbe ou de boues sapropéliques dans une vasière ou un marécage.

Séparation des constituants d'un échantillon de pétrole, d’un échantillon de liquide de «suintement » de schistes bitumineux, par chromatographie d'adsorption

Mesures de porosité de différentes roches sédimentaires afin de déterminer la nature pétrographiques des roches susceptibles de constituer des réservoirs à hydrocarbures.


Modélisation analogique de la détection des roches réservoirs à hydrocarbures par les variations de vitesse de propagation des ondes acoustiques enregistrées et mesurées à l’aide d’un dispositif ExAO(capteurs piézométriques-logiciel Audacity).

Conditions nécessaire à la fabrication d'hydrocarbures: Expérience de fermentation lente (1 semaine minimum). Débris végétaux sous couche argile + eau --> production gaz et hydrocarbures (irisation en surface de l'eau)

Modélisation de pièges à pétrole : Modélisation dans cuves transparentes, avec pétrole à lampe coloré au bleu de méthylène, sable (roche réservoir), argile ou pâte à modeler (roche couverture)


Libération de CO2 par utilisation des combustibles fossiles : Combustion de fusain dans air ou O2 et identification du gaz libéré.

L'augmentation récente du CO2: Exploitation de banques de données (analyse gaz dans des carottes de glace) et réalisation d'un graphique à l'aide d'un tableur traduisant l'évolution de la teneur atmosphérique en CO2. Travail possible en ateliers avec sources différentes pour mettre en évidence le caractère global de cette évolution.

Thème 2 :Activités Pratiques Possibles

L'inégale répartition de l'énergie solaire : Modélisations avec globe terrestre et faisceau lumineux. Estimation de la quantité d'énergie reçue par unité de surface, variant selon la latitude. Analyse de l’énergie reçue en surface terrestre sur une maquette analogique avec EXAO.

L'origine solaire du mouvement des enveloppes fluides: Modélisations analogiques des courants de convection entre deux masses (d'air ou d'eau) de températures différentes….les règles de la cinétique sont les mêmes…

•DONC : N’exploiter qu’un exemple de circulation (atmosphérique OU hydrosphérique)


La circulation générale des masses d'air: Analyse d’images satellitaires dans différentes longueurs d’onde de façon à identifier les contrastes thermiques, les mouvements de masse d’air et construire un modèle global de circulation atmosphérique. Activité complémentaire possible en intégrant les circulations océaniques.

Couplage courants océaniques / atmosphériques: Déterminer direction et sens d'un courant marin superficiel par exploitation de données GPS (bouées dérivantes). Analyse d’une image satellitaire montrant un upwelling dynamique (effet du mistral sur les eaux de surface par exemple).Traitement possible par tableur. Confrontation avec direction et sens du vent (exploitation d'animations satellitales possible)


SIG (système d'information géographique) pour confronter des données sur la répartition des sols cultivables et de l'eau. http://www.portailsig.org/

La biomasse végétale = une source de nourriture et source d’agro carburants.

www.education-developpement-durable.fr Accès à des études de cas (agro carburants

au Brésil, les agro écosystèmes) et des ressources qui permettent au professeur de les sélectionner et de créer sa séance.


http://www.portailsig.org/

Les constituants d'un sol: fraction minérale et organique: Mise en évidence par déshydratation, combustion et pesées des composantes minérales et organiques d'un sol.

Relation entre roche mère et fraction minérale du sol (1): A partir d'une étude locale puis d'observations, comparer la nature de la fraction détritique minérale (ex: grains de quartz) d'un sol avec la composition minéralogique de la roche mère (ex : grès, granite, calcaire). En déduire des hypothèses sur la formation d'un sol.

Relation entre roche mère et fraction minérale du sol (2): A partir d'une étude locale, identifier les principaux ions présents dans un sol. Confronter les résultats à l'étude de la composition minéralogique de la roche mère. En déduire des hypothèses sur les réactions d'altération de la roche mère (hydrolyses). Possibilité de comparer


Expériences analogiques de l'action de l'eau chargée ou dépourvue en CO2 sur les carbonates. Relation à établir avec des observations locales (Érosion de paysages calcaires, argiles de décalcification)

Importance de la microflore et de la microfaune d'un sol (cf. Thème 1 Biodiversité)

étude et détermination de la microfaune avec l’appareil de Berlèse.

expériences mettant en évidence la dégradation de la matière organique sous l'action des bactéries du sol (comparaison des résultats avec sol stérilisé).

L'eau dans le sol : mesure de la porosité et de la perméabilité de différents sols (sables); Potentiel hydrique d’un sol (comparaison d’un sol argileux et d’un sol sableux par exemple).

Propriétés d'un sol cultivable : aération, capacité de rétention, complexes argilo-humiques (structure

grumeleuse).


thème 3 :DES ACTIVITES POSSIBLES Mesures fréquence cardiaque et pression artérielle au

repos et dans des situations d’activité variées. EXAO (logiciel tensio-Jeulin) et/ou sphygmomanomètre

(http://www.tensiometre.com/mod_poignet.phphttp://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ATP/pressio.html ) [en relation avec l’EPS]

Mesure de l’indice de Ruffier: http://www.didier-pol.net/1COEUR.html

Dissection du cœur et injections: http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/coeurmouton.htlm

Dissection visant à mettre en évidence le nerf pneumogastrique chez la souris

Observation de l’articulation de patte de bœuf ou de mouton Dissection de cuisse de grenouille ou de lapin (os, muscles, tendons, ligaments)

Thème 3: DES ACTIVITES POSSIBLES

Dilacérations de muscles. Observations microscopiques de fibres musculaires

Modèles anatomiques et maquette de circulation (en série et en parallèle)

Observation microscopique de la contraction de fibres musculaires chez le Crabe.

Automatisme cardiaque chez l’embryon de poule. Comparaison de la fréquence à des stades embryonnaire différents: 3e et 6e jour d’incubation (avant et après maturation du système nerveux). Traitement mathématiques des mesures avec tableur.

Concevoir ou utiliser un modèle analogique traduisant l’effet de la contraction du muscle sur les segments osseux.

Utilisation possible de logiciels dédiés (phyeff, actocard, actospir, physiologie du sport (Jeulin), physiosport (Pierron), etc..).....

Documents

Une nouvelle structuration. -La Terre dans lUnivers, la vie et lévolution du vivant Une approche fondamentale de la science -Enjeux planétaires contemporains