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Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 2 séances pour un total de 2h30.

• Séance 1 : 1h30


• Séance 2 : 1h00

Objectifs visés

• Proposer un protocole expérimental permettant la mesure de paramètres physiologiques, faciles d’accès.
• Réaliser des mesures expérimentales en respectant un cahier des charges.
• Montrer que les variations physiologiques constatées sont liées et répondent à une adaptation de l’organisme à l’effort.
• Découvrir l’existence d’un facteur physiologique limitant : le ⩒O2 max.
• Réaliser la mesure du ⩒O2 max théorique d’un cobaye.
• Découvrir et comprendre les bienfaits de l’entraînement sur la fonction cardio-respiratoire de l’organisme.

Pré-requis

Notions acquises en 5^e

• 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).
• Nutriments et dioxygène libèrent de l’énergie utilisable, entre autres, pour le fonctionnement des organes.
• Le sang est mis en mouvement par le cœur, muscle creux, cloisonné, fonctionnant de façon rythmique.
• Le bon fonctionnement du système cardio-vasculaire est favorisé par l'activité physique.

Séance 1

Durée

1h30

Situation déclenchante

Après consultation de la séquence vidéographique Corpus Cœur et vaisseaux et La respiration, les élèves proposent, par écrit, leur représentation mentale concernant les modifications et les liens associant les fonctions musculaire, respiratoire, cardiaque et circulatoire, lors de la réalisation d’un exercice physique. Le travail peut prendre la forme d’un schéma fonctionnel légendé, réalisé collectivement par groupe de 3 ou 4 élèves. Il permet un rappel collectif des acquis du collège.
Le visionnage des séquences Cœur et vaisseaux et La respiration invite les élèves à échanger et corriger, entre eux, leur(s) propre(s) représentation(s) mentale(s) concernant la physiologie et l’anatomie humaines. Les modifications occasionnées par la réalisation de l’exercice physique ne sont ici, bien entendu, pas quantifiées. Cette quantification constitue l’un des objectifs de la séquence pédagogique suivante.

Supports

• Fiche méthode pour l’aide à la rédaction d’un protocole expérimental en SVT : nombreux exemples en ligne
• Notices techniques concernant les capteurs utilisés
• Résultats expérimentaux de secours
• Séquences infographiques Corpus Cœur et vaisseau et La respiration
• Séquence infographique Corpus Les modifications physiologiques à l’effort (de 00 min 00 sec à 02 min 48 sec)

Consigne

« Tout exercice physique s’accompagne d’une augmentation de l’intensité respiratoire et de la fréquence cardiaque… »
Compte tenu des capteurs mis à disposition (cardiofréquencemètre et respiromètre volumétrique), proposez un protocole expérimental permettant de quantifier l’augmentation de la fréquence respiratoire et de l’intensité respiratoire lors d’un effort physique*. Réalisez les prises de mesure, puis présentez les résultats obtenus sous forme graphique.

* effort de faible intensité, réalisé en classe : quelques flexions, par exemple.

Activités

Après avoir pris connaissance des instruments de mesure mis à disposition (cardiofréquencemètre et respiromètre volumétrique), ainsi que de leurs notices techniques, les élèves, répartis en binômes ou trinômes, élaborent puis proposent à l’enseignant leur protocole expérimental.
La présentation de ce protocole permet au professeur de valoriser, de compléter ou de corriger certains points de méthodes et/ou de rigueur scientifique.
Par la suite, les élèves opèrent les prises de mesure selon leur propre protocole, visé par l’enseignant.
Les mesures obtenues par l’expérimentation sont alors consignées et utilisées pour élaborer la représentation graphique attendue. L’utilisation de tableur numérique de type Calc ou Excel peut être envisagée.

Production attendue

L’activité proposée demande la présentation d’un protocole expérimental organisé et correctement rédigé.
Les mesures obtenues sont consignées dans un tableau organisé et titré.
Le graphique est élaboré sous une forme numérique ou manuscrite.

Bilan

Les résultats obtenus par les élèves prouvent expérimentalement l’augmentation de l’activité cardio-respiratoire lors de l’effort et fournissent en plus des données chiffrées personnalisées. Le parallélisme constaté entre les variations de l’activité respiratoire (IR par exemple) et celles de la fréquence cardiaque peut permettre l’émission de l’hypothèse d’un lien entre les deux fonctions physiologiques étudiées.

Séance 2

Durée

1h00

Situation déclenchante

Séquence vidéo présentant un effort en puissance maximale aérobie (PMA).

Problème

Quelle est la limite respiratoire d’un sujet en plein effort ? Comment déterminer cette valeur maximale ?

Supports

• Séquence vidéographique « La réalisation d’un test d’effort », revue TDC publiée en ligne par Canopé.
• Tableau de mesures concernant les ⩒O2 des deux sujets étudiés pour un exercice d’intensité croissante mais toujours infra-maximale :

Source : Alain Ménessart

• Fiche méthode « principe de détermination théorique du ⩒O2 max » (sur le site de l’académie de Versailles par exemple, voir « 3. Exploitation des données »).

Consigne

Après avoir pris connaissance de la méthode de détermination théorique du ⩒O2 max (méthode par extrapolation), exploitez le tableau de mesures fourni pour déterminer les ⩒O2 max des deux sujets étudiés.

Activités

Chaque élève commence son activité par la lecture attentive de la méthode de détermination indirecte du ⩒O2 max.
Il applique alors cette méthode en utilisant les valeurs fournies dans le tableau.
Sa construction graphique lui permet de déterminer, approximativement, le ⩒O2max de chaque sujet.

Production attendue

Construction d’un graphique légendé faisant apparaître la méthode de détermination indirecte du ⩒O2 max, ainsi que les valeurs des ⩒O2 max de chaque sujet à étudier.
Au cours d’un exercice long et/ou peu intense, l’énergie est fournie par la respiration qui utilise le dioxygène et les nutriments. L’effort physique augmente la consommation de dioxygène. Plus l’effort est intense, plus la consommation de dioxygène augmente. Il existe une limite (physiologique) à la consommation de dioxygène.

Conclusion

• Le scénario pédagogique proposé est axé sur l’expérimentation pour l’acquisition des mesures et sur le travail graphique pour leur exploitation. La bonne conduite de ce type de démarche nécessite initiative et rigueur, dans le respect des protocoles établis ou proposés.
• Une démarche de projet entreprise avec l’enseignant d’E.P.S peut aussi permettre la récolte de données dans le cadre de son enseignement. Cette démarche bi-disciplinaire permet à certains élèves, par une approche et un discours parfois différents, de mieux contextualiser le sujet d’étude et ainsi d’acquérir plus rapidement les notions attendues.
• La thématique abordée peut être prolongée par l’étude des bienfaits de l’entraînement sur la fonction cardio-vasculaire, puis par l’étude du système articulo-musculaire, ainsi que la préservation de son intégrité dans le cadre de la pratique sportive (voir fiche et scénario pédagogique Corpus Le système articulo-musculaire.