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LA RESPIRATION
Pourquoi s'essouffle-t-on quand on court ?

mardi 28 septembre 2004


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THEMES ABORDES :

Cycle 3

Respiration

Motivations

-  Développer une observation méthodique d'un phénomène et engager les élèves dans la construction d'un modèle scientifique.

Objectifs

-  Etre capable de mesurer le rythme respiratoire et l'interpréter pour comprendre les liens entre la respiration et l'activité physique.
-  Etre capable d'effectuer une distinction entre l'air inspiré et l'air expiré.

NB : la mesure du rythme respiratoire et de ses variations au cours d'un effort relève d'un travail préalable qui n'est pas décrit dans cet article.

Difficultés liées aux idées préalables des élèves

-  Tout élève peut éprouver le besoin de donner du sens au fonctionnement de son corps, mais il n'a pas accès à sa réalité corporelle interne.
-  L'obstacle le plus fort est celui qui résulte de l'analogie avec le ballon de baudruche.
-  L'étanchéité des parois nécessaire au gonflement s'oppose à la notion d'échange gazeux.
-  D'autre part, l'air est perçu comme un tout et pas comme un mélange de gaz.

Plan de la Séquence (environ 5 séances)

Situation de départ Observation de l'activité respiratoire au cours d'un effort physique
Reconnaître des signes de fonctionnement de son corps
Questionnement et Hypothèses Pourquoi s'essouffle-t-on quand on court ?
Expression des représentations
Débat des hypothétiques réponses et modèles proposés sur le trajet et le devenir de l'air dans le corps
Recherche : Observation Documentation Observation d'un modèle anatomique animal
Analyse de radiographies et de planches anatomiques
Schématisation de l'appareil respiratoire
Question en suspens : L'air inspiré est-il le même que l'air expiré
Recherche expérimentale Question sur le devenir de l'air inspiré
Reprise des hypothèses
Test à l'eau de chaux
Vérification par l'analyse de la composition gazeuse de l'air
Rédiger un compte rendu
Synthèse et prolongement Formulation des acquis
Connaissance scientifique (les organes respirent)
Notion pratique (éducation à la santé : la pollution de l'air, le tabagisme)

Déroulement

Situation de départ

Partir d'une situation de la vie quotidienne nécessitant un effort physique dont on sait qu'il entraîne une augmentation de l'activité respiratoire. Mettre en commun les observations : « je respire plus, j'ai chaud, je transpire… »

Questionnement et hypothèses

Préciser le vocabulaire (inspiration, expiration), le questionnement (Que signifie « je respire plus » ? A quoi sert l'air ? Pourquoi s'essouffle-t-on quand on court ?) et les représentations des élèves sur le devenir de l'air dans le corps.
La confrontation des représentations des élèves (dessin légendé du trajet de l'air sur une silhouette) permet de faire ressortir des affirmations et des questions (ex : l'air va dans les poumons, dans le corps ? change-t-il ?)

Objectifs notionnels

Connaître le trajet de l'air dans l'appareil respiratoire.
Etre capable d'effectuer une distinction entre l'air inspiré et l'air expiré.

Objectifs méthodologiques

Construire une représentation schématique de l'appareil respiratoire.
Savoir rédiger un compte-rendu

Observation et recherche documentaire

-  Observer des poumons d'agneau, réaliser diverses manipulations (souffler dans la trachée avec un tuyau souple pour observer le gonflement du poumon, découper un poumon pour observer les bronchioles et les vaisseaux sanguins.)

Radiographie pulmonaire - 10 ko
Radiographie pulmonaire
Clique sur l'image pour l'agrandir
(JPEG, 10 ko)

-  Repérer sur une radiographie pulmonaire l'emplacement des côtes, des poumons, du cœur. L'interprétation nécessite le recours à un schéma de l'appareil respiratoire.

-  Schématiser le trajet de l'air avec des flèches, indiquer la légende : poumon droit, gauche, trachée-artère, bronche, bronchiole, vaisseaux sanguins.

-  Compléter la démarche par une recherche documentaire pour préciser le trajet non observé (ex : les alvéoles pulmonaires).

Recherche expérimentale sur le devenir de l'air

-  Analyser une expérience réalisée par le maître : Un enfant souffle dans un verre contenant de l'eau de chaux à l'aide d'une paille.
( Pour avoir de l'eau de chaux, mélanger une cuillère à café de chaux éteinte avec 250ml d'eau et filtrer. Se procurer la chaux auprès du laboratoire d'un collège ou d'un lycée ou en pharmacie).

-  Décrire des résultats (eau de chaux blanchâtre) et formuler des explications possibles.

-  Concevoir des procédures de vérification expérimentale des causes supposées (chaleur, présence d'eau, air…).

-  Vérifier les résultats par la lecture du tableau comparant la composition gazeuse de l'air inspiré et celle de l'air expiré.

Composition gazeuse de l'air

Analyse de 100 L. d'air 100 L d'air inspiré contiennent 100 L d'air expiré contiennent
Oxygène 21 L 16,5 L
Dioxyde de carbone Des traces 4,5 L
Azote 79 L 79 L

Synthèse et prolongement

-  Rédiger un compte-rendu résumant la compréhension du tableau et les acquisitions relatives aux échanges respiratoires.

Résumé (indicatif). L'air inspiré contient de l'oxygène et contient très peu de dioxyde de carbone. L'air expiré contient mois d'oxygène que l'air inspiré. L'air expiré contient du dioxyde de carbone. (On peut remplacer dioxyde de carbone par gaz carbonique d'utilisation plus courante).

Pour expliquer ces changements on peut s'appuyer :
. sur les représentations des élèves qui poursuivent le trajet de l'air au delà des poumons, dans tout le corps.
. sur l'augmentation du rythme respiratoire avec l'augmentation de l'activité physique et donc l'activité musculaire.

L'enseignant peut alors poser des questions qui aideront les élèves à comprendre les liens entre l'activité physique et l'activité respiratoire. L'oxygène est utilisé par les muscles. Cela produit de l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Les muscles rejettent du dioxyde de carbone.

-  Prolonger une recherche : le rôle du sang
La respiration constitue un concept carrefour. Son étude permet de lier différentes fonctions du corps humain. Ainsi en posant la question : Comment l'oxygène va des poumons aux muscles ? on pourra, par une recherche documentaire, mettre en évidence le rôle du sang dans le transport de l'oxygène et ainsi lier l'activité respiratoire à la circulation sanguine.
L'évocation de certaines pathologies respiratoires comme l'asthme peut servir de point de départ à une éducation à la santé.