· Web viewAdolf Von Henselt, bien que peu connu aujourd’hui, était un pianiste du 19e siècle qui attirait les foules pour la facilité avec laquelle il exécutait des pièces

Une main bien articuléeComprendre la structure de la main

GUIDE DE L’ENSEIGNANT(E)SAÉ pour le 3e cycle du primaire

Isabelle ArseneauPatrick Ferland

Ce projet a été réalisé grâce à la contribution financière du Ministère de l’économie, de la Science et de l’Innovation.

Radiographie de la main gauche - certains instruments nous permettent de dévoiler des détails cachés de l’anatomie de la

main.Crédits : Hellerhoff, CC BY-SA 3.0

Une main bien articulée!GUIDE DE L’ENSEIGNANT

ACTIVITÉ 2 : UNE MAIN BIEN ARTICULÉE!

Résumé de l’expérience :

Des prouesses des plus grands pianistes, aux maniaques du cube Rubik, les humains qui se consacrent à ces disciplines ont tous développé une extraordinaire dextérité. Comment la main arrive-t-elle à exécuter de tels exploits? Cette activité amène l’élève à fabriquer un objet technique qui imite la main humaine pour comprendre comment elle s’articule. Nous prendrons le temps d’aborder les limites du modèle fabriqué.

Liens avec la progression des apprentissages:Univers matériel :

Conception et fabrication de modèleso Tracer et découper des pièces dans divers matériaux à l’aide des outils appropriés.o Interpréter un schéma ou un plan comportant des symboles.o Utiliser les modes d’assemblage appropriés (ex. : vis, colle, clou, attache parisienne,

écrou).

Univers vivant :

Organisation du vivanto Décrire les fonctions de certaines parties de son anatomie (*1er cycle)o Associer des parties et des systèmes de l’anatomie des animaux à leur fonction

principale (*2e cycle).Transformation du vivanto Expliquer les étapes de la croissance et du développement des humains

Planification de l’activité:Cette activité nécessite environ 3 périodes de travail complètes:

Présentation du module: 15 minutesEXPÉRIENCE 1 : 30 minutes

EXPÉRIENCE 2 : 1 h 30Conclusion : 15 minutes

Précisions pour l’enseignant-e

Il est recommandé de tester toutes ces expériences avant de les présenter en classe. Vous serez en mesure de prévoir les manipulations ou les raisonnements qui seraient plus difficiles pour vos élèves. Vous êtes autorisé-e à modifier ce matériel pour qu’il réponde mieux à vos besoins. Le type de licence du présent document exige que vous mentionniez les auteurs originaux.

© Isabelle Arseneau et Patrick Ferland, Centre de démonstration en sciences physiques, Cégep Garneau. Matériel d’accompagnement pour la conférence 2016-2017 : Être HUMAIN. Creative Commons BY-NC-SA.

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Repères culturels et amorce (cahier de l’élève):

Lucas Etter ne se demande pas quoi faire de ses dix doigts. À 15 ans, il est le champion du monde du cube Rubik. Un moment d’observation, un éclair de génie, quelques rotations des doigts et, moins de cinq secondes plus tard, le casse-tête est résolu! Cet adolescent a passé près de six années à s’entrainer pour atteindre un tel degré d’interconnexion entre son cerveau et ses mains.

Même si le casse-tête Rubik est complexe à résoudre, il demeure un objet relativement simple à manipuler. Le clavier d’un piano est un objet bien plus complexe qui constitue une véritable palestre de gymnastique pour les doigts. Qu’arrive-t-il lorsqu’un compositeur écrit des pièces musicales pour des mains extraordinairement flexibles? Les prouesses du pianiste sont époustouflantes!

Adolf Von Henselt, bien que peu connu aujourd’hui, était un pianiste du 19e siècle qui attirait les foules pour la facilité avec laquelle il exécutait des pièces difficiles de sa propre composition. Les partitions qu’il publia ont été boudées, même des meilleurs pianistes, tant elles ont été pensées pour des mains monstrueusement élastiques! Enfin, un pianiste originaire du Québec, particulièrement curieux et virtuose du nom de Marc-André Hamelin réussit à jouer les airs oubliés de Von Henselt et enregistra ces musiques en 1993. Il a acquis sa renommée en s’attaquant aux pièces les plus difficiles du répertoire classique, le consacrant comme l’un des meilleurs interprètes vivants!

Des plus brillants exploits aux tâches les plus banales, la main est un outil précieux. Dans cette activité, nous proposons d’en apprendre un peu plus sur la façon dont s’articule ce membre.

Références pour cette amorce:

Description et vidéo (anglais) – Lynch K. (24 novembre 2015) Confirmed : Teenager Lucas Etter sets new fastest time to solve Rubik’s cube world record – watch video [dernière mise à jour le 24 novembre 2015] http://www.guinnessworldrecords.com/news/2015/11/confirmed-teenager-lucas-etter-sets-new-fastest-time-to-solve-a-rubiks-cube-worVidéo – LC Cuber (25 novembre 2015) Lucas Etter – Road to Rubik’s cube world record Single 4.90 - https://youtu.be/msb4JzI_6Jo - Progression de Lucas Etter vers son record du monde de (9 ans à 14 ans)Vidéo – CBC Music (30 janvier 2013) Marc-André Hamelin- Sergei Rachmaninoff: Prelude in G major, Op32 No5: https://youtu.be/LRLF3fwDbmU


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Lucas Etter, détenteur de deux records du monde pour la rapidité

avec laquelle il a réussi à résoudre le Cube Rubik (4,904 s) et le cube

2x2x2 (1,51 s en moyenne)

Marc-André Hamelin, pianisteCrédit : Sim Canetti-Clarke

https://youtu.be/LRLF3fwDbmU

https://youtu.be/msb4JzI_6Jo

http://www.guinnessworldrecords.com/news/2015/11/confirmed-teenager-lucas-etter-sets-new-fastest-time-to-solve-a-rubiks-cube-wor

http://www.guinnessworldrecords.com/news/2015/11/confirmed-teenager-lucas-etter-sets-new-fastest-time-to-solve-a-rubiks-cube-wor


Description des expériences/démonstrations:

EXPÉRIENCE 1 : La clé est dans l’articulationMatériel :

- 4 tiges cure-pipe- 4 pailles de mêmes tailles- Ciseaux

Vous devez préparer les quatre modèles articulés suivants à partir de cure-pipes et de pailles.

Déroulement : - Demandez l’aide d’élèves pour couper les pailles selon les directives du tableau ci-dessous:

3 morceaux, 4 morceaux et 10 morceaux. Les morceaux doivent être à peu près égaux.

Nombre de morceaux de

paille

Nombre d’articulations

crééesModèle 1 Paille entière 0Modèle 2 3 2Modèle 3 4 3Modèle 4 10 9

- Pour les quatre cure-pipes, faites une boucle autour de votre auriculaire et nouez-la en torsadant le cure-pipe.

- Enfilez les morceaux de pailles sur chaque cure-pipe de manière à créer les modèles 1 à 4 présentés dans le tableau.

- Faites une nouvelle boucle à l’extrémité de chaque modèle en s’assurant qu’elle maintienne les morceaux bien serrés les uns sur les autres.

- Demandez aux élèves de formuler une hypothèse sur ce qui se passera lorsque vous tenterez de joindre les extrémités de chaque modèle en tentant de les replier.

EXPÉRIENCE 2 : Ta main artificielleMatériel pour chaque élève:

- 1 pan de boite de céréales- 5 pailles- 5 ficelles de 50 cm- Ruban adhésif- Ciseaux- Crayon de bois- Règle


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Assemblage :

Tracez le contour d’une de vos mains et de votre

poignet dans le carton. Découpez-la.

À l’aide d’un crayon de bois, faites un trait à

l’endroit précis où se trouve chaque articulation.

Découpez des morceaux de pailles pour chaque os des doigts. Coupez un dernier bout de paille de 4,0 cm à

la base du poignet.

Mesurez la distance entre chaque morceau de paille :

elle doit être d’au moins 0,5 cm. Fixez les pailles

solidement avec du ruban adhésif.

Collez les pailles de l’extrémité des doigts en les écrasant de manière à

former une ouverture ayant la forme d’un

haricot. On cherche ainsi à empêcher le nœud de

passer par cette ouverture au moment de tendre les

cordes.

Enfilez les pailles du bout des doigts vers le poignet avec les ficelles. Faites un très gros nœud au bout de chaque doigt pour faire en

sorte qu’il ne s’échappe pas lorsque vous tirerez sur la

ficelle.

Pour obtenir une flexion du pouce plus fidèle à celle de la main, repliez le pouce de carton de manière à le rabattre vers l’intérieur de la main.


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CORRIGÉ DU CAHIER DE L’ÉLÈVE

Qu’est-ce qui permet à la main de se replier ?

Activité 1 : La clé est dans l’articulationObserve bien la démonstration avec les pailles et les cure-pipes faite par ton enseignant-e à l’avant de la classe.Dessine les quatre modèles dans les cases appropriées, tels que tu les vois en classe. Truc : illustre les morceaux de pailles avec ton marqueur d’abord, puis relie-les avec le crayon de ton choix :

Modèle 1 : Paille entière

Modèle 2 : Paille coupée en trois

Modèle 3 : Paille coupée en quatre

Modèle 4 : Paille coupée en dix

Que remarques-tu en observant ces quatre modèles?Plus on coupe la paille, plus il devient facile de replier le modèle. La flexibilité augmente avecle nombre de bouts de pailles.


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Lequel de ces dessins serait un bon modèle pour le mouvement du pouce? 2 des doigts? 3

Que représenteraient les pailles dans de tels modèles?Les pailles sont rigides, elles représenteraient les os.

Qu’est-ce qu’une articulation? Dans le corps, l’articulation est l’endroit où se rencontrent deux os voisins. Ces os pivotent autour de l’articulation avec plus ou moins de flexibilité.

Combien d’os et d’articulations du pouce et de l’index sont nécessaires pour exécuter le signe ci-contre ?Nombre d’os : 7Nombre d’articulations : 6

Activité 2 : Ta main artificielle!Le but de cette activité est de fabriquer un modèle de la main humaine. Avant de le construire, prenons le temps d’analyser la composition de ce membre. La main compte plusieurs articulations pour faciliter son repliement. Observe attentivement les images ci-dessous. Les schémas anatomiques présentés t’aideront à construire une main artificielle à partir de matériel très simple. Un de ces schémas présente les os de la main gauche, comme si tu regardais la paume de ta propre main, alors que l’autre montre les muscles et les tendons.

Schémas anatomiques


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Squelette de la main gauche – vue antérieure (côté paume)Avec la gracieuseté de QA International

Muscles et tendons de la main gauche – vue antérieure (côté paume)Avec la gracieuseté de QA International

1- Trace le contour d’une de tes mains et de ton poignet dans le carton. Découpe-la.2- À l’aide d’un crayon pâle, fais un trait à l’endroit précis où se trouve chaque articulation.3- Découpe des morceaux de pailles pour chaque os des doigts. Assure-toi que la distance

entre chaque morceau de paille est d’au moins 0,5 cm. Fixe les pailles solidement avec du ruban adhésif. Écrase les pailles des extrémités des doigts au moment de les fixer pour réduire l’ouverture de la paille. Ceci empêchera le nœud de la ficelle de passer lorsque tu tireras dessus.

4- Fixe un dernier bout de paille de 4,0 cm à la base du poignet. 5- Rassemble les 5 ficelles de 50 cm chacune. Avec la ficelle, enfile les pailles du bout des

doigts de ta main artificielle vers le poignet. Fais un très gros nœud au bout de chaque doigt pour faire en sorte qu’il ne s’échappe pas lorsque tu tireras sur la ficelle.

Ton modèle doit comporter 19 os, 14 articulations, 1 ligament palmaire, 5 tendons

Quelles pièces de matériel de ta main artificielle jouent le rôle : a) des os Les pailles. Elles constituent le matériau le plus rigide.b) des tendons Les ficellesc) des ligaments palmaires La paille à la base du poignet


Os métacarpiens

des doigts

Os métacarpien du pouce

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d) des muscles fléchisseurs des doigts Nos doigts qui tirent sur les ficelles.

Est-ce que les mouvements de ta main artificielle sont les mêmes que ceux de ta main? Es-tu capable de saisir un objet léger (ex. balle de pingpong, éponge, etc.)?Les doigts se replient comme ceux de ma main, mais les miens arrivent à toucher ma paume.Le pouce n’a pas du tout le même mouvement que le mien : il se comporte comme un doigt.

Que faudrait-il faire pour améliorer la prise de ta main artificielle?Courber le pouce vers l’intérieur de la main pour qu’il se rabatte sur les doigts.

Ton modèle de main artificielle fait passer les ficelles dans les pailles, est-ce que la main fonctionne selon le même mécanisme pour fléchir les doigts?Non. Comme le montre le schéma anatomique, les tendons (les ficelles) devraient passer audessus des os (pailles) et non à l’intérieur.

Conclusion :

Le texte troué suivant explique comment la main artificielle que tu as fabriquée est un modèle intéressant pour étudier la flexion des doigts. Complète les phrases en utilisant les 12 termes suivants :

au-dessus limites complexe modèleau travers articulations (2x) fléchisseurs de l’avant-bras tendonsabsence simple ligaments palmaires os

Au cours de cette activité, tu as cherché à découvrir ce qui permettait à la main d’être aussi mobile. Tu as découvert qu’une main qui se replie comme la nôtre a besoin de nombreuses articulations.

Pour comprendre un peu mieux le mécanisme, tu as fait comme de nombreux scientifiques : tu as réalisé un modèle simplifié d’un objet complexe. Ce modèle permet de voir comment interagissent 19 os de la main interreliés en 14 articulations majeures. Le modèle est adéquat pour montrer l’absence de muscles dans les doigts : ils se replient par l’action des muscles fléchisseurs de l’avant-bras. Les muscles sont reliés par des tendons au squelette des doigts. Ces derniers sont maintenus en place par les ligaments palmaires. La main artificielle s’ouvre et se ferme un peu comme la nôtre et le résultat est une main artificielle tout à fait amusante!

Il arrive cependant qu’un modèle ne soit pas parfait, qu’il présente certaines limites. Par exemple, les pailles que tu as utilisées pour faire les os présentent quelques problèmes. En réalité, les tendons ne passent pas au travers des os de ton corps, mais bien au-dessus.


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Penses-tu à une autre différence entre les schémas anatomiques et ton modèle de main artificielle? As-tu une suggestion de modification qui rendrait ton modèle plus réaliste? Certains scientifiques y ont pensé… des ingénieurs en biomécanique ont récemment fabriqué une prothèse de main robotisée contrôlée par la pensée! De plus, elle est capable de transmettre la sensation du toucher à la personne amputée qui la contrôle (voir les liens ci-dessous).

Pour les virtuoses du piano, du cube Rubik ou du tricot, le nombre d’articulations est le même pour tous! Alors qu’est-ce qui fait de ces gens les as de leur discipline? Même si certaines prouesses techniques peuvent s’expliquer par des mains exceptionnellement grandes ou des articulations anormalement extensibles, la plupart des virtuoses atteignent leur potentiel en s’entrainant intensément. Ton enseignante pourra te donner plus de détails à ce sujet. Pour poursuivre l’aventure :Vidéo (anglais) – Motherboard (18 aout 2016) This Mind-Controlled Bionic Arm Can Touch and Feel [page consultée le 2 octobre 2016] https://youtu.be/F_brnKz_2tIUn jouet de main télécommandée - vidéo (anglais) – Backyard Brains (4 septembre 2015) Signal Classification to Control Robotic Hand [page consultée le 2 octobre 2016] https://youtu.be/0eoGGj9SDeECorps humain interactif – Ikonet.com - Québec Amérique International (2010) Corps humain virtuel [page consultée le 29 septembre 2016] http://www.ikonet.com/fr/sante/corpshumainvirtuel/corpshumainvirtuel.php


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http://www.ikonet.com/fr/sante/corpshumainvirtuel/corpshumainvirtuel.php

https://youtu.be/0eoGGj9SDeE

https://youtu.be/F_brnKz_2tI


ANNEXE

Pour les virtuoses du piano, du cube Rubik ou du tricot, le nombre d’articulations est le même pour tous! Quel est le secret de leur habileté? Même si certaines prouesses techniques peuvent s’expliquer par des mains exceptionnellement grandes, comme celles de Marc-André Hamelin, la plupart des virtuoses atteignent leur potentiel en s’entrainant intensément.

L’entrainement régulier des mains à exécuter les mêmes gestes aiguise les interconnexions avec le cerveau. Le cerveau devient alors plus sensible aux très légers signaux provenant de l’intérieur des muscles et des tendons de la main et de l’avant-bras. Cette aptitude provient d’un mécanisme naturel, c’est un des sens du corps humain que l’on appelle proprioception. Le cerveau entrainé devient un peu comme un chef d’orchestre. Alors que les yeux, les oreilles et les mains jouent leurs partitions, il dirige et développe la coordination parfaite entre tous les sens.

Le modèle de main artificielle que vous avez fait construire tient compte du squelette (les pailles), des tendons (les ficelles) et des muscles (on tire sur les ficelles). La main réelle est équipée en plus d’un système de détecteurs connectés au cerveau. Ces détecteurs font partie du système nerveux chargé d’envoyer et de recevoir des influx nerveux, sorte de courants électriques très fins. La main, en particulier, est l’un des membres ayant la plus grande quantité de nerfs sensoriels.

Le modèle de main artificielle fabriqué par vos élèves, quoique très utile pour comprendre la mécanique de la main, diverge de la réalité sur quelques autres points. Énumérons-les :

1- Le modèle ne permet pas les mêmes mouvements que notre main. Notre main contient plusieurs autres muscles qui permettent l’extension, la flexion et l’abduction des doigts et du pouce. Ces muscles ne sont pas représentés. Parmi ces muscles, notons les extenseurs des doigts situés de l’autre côté de l’avant-bras. Dans notre modèle, ces muscles sont compensés par le carton rigide de la boite de céréales.

2- Le pouce ne se replie pas naturellement sur les doigts. Pour ce faire, on doit recourber la section du pouce vers l’intérieur de la main pour lui donner une forme de pince.

3- Les os du modèle sont éloignés. On les a séparés pour offrir le dégagement nécessaire à la flexion des doigts. Pourtant, les os d’une articulation s’appuient l’un sur l’autre, créant un centre autour duquel le membre peut pivoter.

4- Les tendons ne passent pas à l’intérieur des os. Le modèle bénéficie de la rigidité des pailles pour conserver sa forme. Toutefois, en faisant passer les ficelles (censées imiter les tendons) dans les pailles on s’éloigne du mécanisme réel. Les tendons devraient passer au-dessus des pailles.

Pour comprendre un phénomène, quel qu’il soit, les scientifiques ont recours à des modèles qu’ils perfectionnent au fil du temps. La décomposition d’un objet complexe en objets simples a été à la base de nombreuses découvertes et constitue encore aujourd’hui une méthode de recherche scientifique valable.


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Système nerveux de la main gauche – vue antérieure (côté paume)

Avec la gracieuseté de QA International

Documents

· Web viewAdolf Von Henselt, bien que peu connu aujourd’hui, était un pianiste du 19e siècle qui attirait les foules pour la facilité avec laquelle il exécutait des pièces