Guide 5e - Comment fonctionne le monde ? Energie et energies...

Séquence 2.1 : Les besoins humains : se chauffer, se déplacer, se nourrir...

Fil directeur :

On cherche à identifier les besoins en énergie dans un habitat

On cherche à identifier les besoins en énergie dans le corps humain

2.1.1. En quoi l'agencement de notre habitat répond-il à nos besoins ?

Proposition de séance de classe : « De quoi a-t-on besoin dans la classe ? Avons-nous les mêmes besoins en hiver et en été ?»

Pour cela, une démarche d’analyse fonctionnelle pourra être mise en œuvre sur une ou plusieurs actions :

Identifier les besoins (répondre à la question : « A quoi ça sert ? Pour quoi faire ? » ;

Passer du besoin aux fonctions (identifier les éléments du milieu extérieur qui permettent de bouger : les aliments, les chaussures, etc.)

Mettre en relation fonctions – solutions constructives : Évolution des formes, matériaux et méthode de fabrication (recherche internet : historique), analyse des fonctions du produit et choix des solutions constructives associées.

Notions essentielles :

L’Homme a besoin d’énergie dans sa vie quotidienne.

Chaque jour, nous mangeons et nous bougeons. A la maison, nous utilisons de l’énergie pour nous éclairer (électricité), pour chauffer nos aliments et les conserver (électricité, gaz, bois, pétrole). A l’extérieur nous en dépensons pour nous déplacer à pied, en vélo (énergie musculaire) ou bien en bus, en automobile, en avion, en train, en bateau (pétrole, gaz, électricité, vent, courants d’eau.)

On peut classer ces besoins en deux catégories :

Les actions biologiques : courir, parler, danser, les mouvements vitaux (battements du cœur, mouvements respiratoires), …

Les actions techniques : se déplacer, se loger, se chauffer, refroidir …

2.1.2. Comment réagit l'organisme au cours d'un effort physique ? Quels sont les besoins des muscles ?

Matériel nécessaire :

Chronomètre, thermomètre médical, appareil photographique, cardiofréquencemètre

Situation déclenchante et exemple d’activités :

1) Après une épreuve d'endurance, les élèves semblent épuisés.

Les élèves mesurent leurs rythmes cardiaque et respiratoire avant et après effort. Ils s'observent (transpiration plus ou moins importante, essoufflement...). Ils peuvent également compléter une carte d'identité « fiche endurance » (âge, taille, masse, activités sportives...).

Un relevé régulier des fréquences est effectué (toutes les deux minutes par exemple), les élèves tracent ensuite un graphique représentant l'évolution de leur rythme cardiaque en fonction du temps. Ils identifient chaque partie de la courbe à savoir : avant l’effort, pendant l’effort, la récupération.

2) Les besoins du muscle en fonction de l'effort

Au repos nous respirons et produisons de la chaleur. Le cœur bat, les organes digestifs travaillent, le cerveau fonctionne. Chaque jour un homme de 70 kg consomme environ 353 litres de dioxygène et 7114 kilojoules d'énergie.

Comparaison des compositions du sang entrant et sortant d'un muscle.

 

Dioxygène (mL pour 100 mL de sang)

Dioxyde de carbone (mL pour 100 mL de sang)

Sang entrant dans le muscle

20

49

Sang sortant du muscle

15

53

Les élèves sont invités à suggérer des hypothèses permettant d'expliquer les résultats du tableau ci-dessus.

Notions essentielles :

Les organes effectuent en permanence des échanges avec le sang : ils y prélèvent des nutriments et du dioxygène ; ils y rejettent des déchets dont le dioxyde de carbone.

La consommation de nutriments et de dioxygène, le rejet de dioxyde de carbone par les organes varient selon leur activité, cela s’accompagne de modifications au niveau de l’organisme (augmentation de la température, des rythmes cardiaque et respiratoire).

Ces notions ont déjà été abordées à l'école primaire :

  • « La respiration se manifeste par un échange de gaz entre les êtres vivants et leur 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 gaz carbonique produit par les organes.
  • Les échanges de gaz ont souvent lieu au niveau d'organes particuliers : poumons, branchies...
  • Dans l'organisme humain l'entrée de l'air lors de mouvements respiratoires (inspiration) et sa sortie (expiration) se font par le nez ou la bouche.
  • Propulsé par le cœur le sang circule dans les vaisseaux en sens unique ; le sang permet des échanges entre tous les organes »
  • Nutriments et dioxygène libèrent de l'énergie utilisable, entre autre, pour le fonctionnement des organes.
  • L'énergie libérée au cours de la réaction chimique entre les nutriments et du dioxygène est utilisée pour le fonctionnement des organes et est transférée en partie sous forme de chaleur.

2.1.3. La répartition des êtres vivants dans les milieux de vie

Situation déclenchante et exemples d’activités :

L'Homme ne peut vivre que quelques minutes sans dioxygène. Il est contraint de vivre dans des milieux adaptés à son mode de respiration. Il a besoin d'air suffisamment riche en dioxygène, faute de quoi il meurt. Qu'en est-il chez d'autres êtres vivants ?

Une enquête est menée auprès de pêcheur et complétée par une recherche d'information sur internet (préciser les conditions de vie des différents poissons osseux, télécharger des images libres de droit pour illustrer un tableau comparable à celui qui est proposé ci-dessous).

 

Nom du poisson osseux

Caractéristiques du milieu de vie

Truite

animal très actif et carnivore

eaux froides et riches en oxygène

 

Ombre

eaux claires et fraîches

Goujon

près des rives dans les cours d’eau rapide, claire et fraîche

Vairon

eaux claires et oxygénées

Gardon

très résistant à la pollution

eaux stagnantes et lentes

Barbeau

omnivore, il se nourrit en fouillant le fond

eaux claires et oxygénées

Brochet

carnivore

eaux claires à fond graveleux et berges riches en végétation

Perche

eaux libres à stagnantes à une altitude inférieure à 1000m

Brème

aime les fonds vaseux, consomme des vers et petits animaux sans vertèbres

eaux lentes ou stagnantes

Proposez des hypothèses pour expliquer la répartition des poissons osseux dans une rivière. Proposer une explication à la différence entre étang et rivière.

Notions essentielles :

Chez les végétaux comme chez les animaux, la respiration consiste à absorber du dioxygène et à rejeter du dioxyde de carbone. La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d’occuper différents milieux. En général plus l'animal est actif, plus il a besoin d'eau riche en dioxygène.

Remarque : L’Homme par son action sur le milieu peut modifier la teneur en dioxygène de l’eau et donc la répartition des organismes vivants. Il agit sur la biodiversité.

 

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