Document 2
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sujet - corrigé (du formateur)
Questions
l. l Analysez le schéma du document 1 en dégageant
les principaux aspects qui vous paraissent sur le plan scientifique
:
- contestables du point de vue de la représentation du globe
en couches concentriques ;
- imprécis du point de vue des termes utilisés.
1.2 Proposez une analyse critique des productions d'élèves présentées dans le document 2 par rapport aux exigences du cycle 3. Vous présenterez votre réponse sous forme d'un tableau faisant apparaître les principales erreurs persistantes ainsi que les acquis des élèves.
1.3 Identifiez en quoi le schéma du document 1 est susceptible de renforcer certaines des erreurs trouvées dans les productions des élèves du document 2.
Document 1
A propos de ce qu'il y a sous la lithosphère : extrait d'un
manuel de CM (Tavernier, Bordas, 1987)
Document 2
 Document 3: schéma de l'expérience |
Le principe de l'expérience consiste à cultiver des plantes en vase clos, tout en contrôlant la composition , de l'atmosphère de l'enceinte. Pour cela on utilise un récipient en verre - V - fermé par un bouchon traversé de deux tubes. L'un, B, est relié à une seringue qui sert à faire des prélèvements de gaz dans le récipient V en cours d'expérience ainsi qu'à introduire du dioxyde de carbone. Le second, G, permet d'introduire des quantités connues d'eau d'arrosage. Le gaz contenu dans le récipient V est analysé en début et en fin d'expérience. Le sol dans lequel la plante est cultivée se compose de 2 kg de sable arrosé avec une solution nutritive de sels minéraux comprenant des nitrates, du phosphore et du potassium. |
Voici les résultats d'une expérience faite avec une graminée semée le 7 juillet et récoltée le 6 septembre.
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En ce qui concerne la masse des graines et des plantes en fin
d'expérience ainsi que leur composition chimique :
- la masse sèche des graines semées était de 20
mg et elle se composait de 8 mg de carbone et de 2 mg d'azote,
- la masse sèche des plantes en fin d'expérience
était de 2 II 8 mg dont 827 mg de carbone et 59,3 mg
d'azote,
- le sol additionné de sa solution nutritive renfermait au
départ 67,2 mg d'azote et seulement 9,9 mg en fin
d'expérience.
Questions
I - 1.1 Exprimez quantitativement le bilan des échanges gazeux de la graminée pendant la durée de l'expérience.
1.2 Calculez les variations de masse en carbone et en azote de la plante pendant la durée de l'expérience et expliquez-en les origines.
Il - Un nouveau-né de 5 jours pèse 3550 g et reçoit 2460 g de lait maternel pendant une période de 7 jours. Âgé maintenant de 12 jours ce bébé pèse 3740 g.
2.1 Comparez la croissance pondérale du bébé
à la quantité d'aliment ingérée.
2.2 Expliquez ce résultat.
III - 3.1 Qualifiez, à l'aide de deux termes scientifiques que vous définirez, les modes de nutrition des végétaux chlorophylliens et des animaux.
3.2 Représentez par un schéma fonctionnel la nutrition de ces végétaux chlorophylliens en précisant les structures et les fonctions concernées.
Dans une classe à cours multiples, le maître
entreprend un travail sur la vie végétale.
Après une discussion assez rapide qui permet de
réaffirmer que les végétaux sont des êtres
vivants, le maître pose la question suivante : « Comment
les plantes vertes se nourrissent-elles ? » Les
élèves réfléchissent et écrivent.
Ils font ensuite des propositions qui sont reprises au tableau.
Seules les propositions en apparence nouvelles par rapport à ce qui a déjà été transcrit, sont prises en compte.
Voici la liste établie.
l ) Les plantes se nourrissent d'eau et de lumière.
2) Les plantes se nourrissent d'eau et de petits insectes qui sont
dans la terre et qui montent par les racines.
3) Les plantes mangent les petits morceaux de terre.
4) Les plantes mangent les petites bêtes qui se trouvent dans
le sol.
5) Les plantes se nourrissent avec des produits chimiques que leur
donne le jardinier.
6) Les plantes mangent les petits morceaux de feuilles mortes qui
sont dans le sol.
7) C'est grâce au fumier que les légumes poussent bien
donc les plantes mangent le fumier.
8) Les plantes mangent les poudres que les paysans mettent dans les
champs et l'eau de pluie.
9) Si les plantes poussent mieux dans la bonne terre c'est qu'elles
la mangent.
10) Quand on leur donne de l'eau, du soleil et des produits chimiques
ça les fait grandir.
Questions
I - 1.1 Identifiez quelles sont, au travers des 10 formulations présentées ci-dessus, les cinq catégories « d'aliments » intervenant dans la nutrition des plantes chlorophylliennes. Justifiez.
1.2 Précisez quelles sont les conceptions relatives au mode de nutrition ; définissez quel organe de la plante tient dans ces conceptions un rôle prédominant.
1.3 Formulez deux hypothèses justifiant l'absence de référence aux gaz par les élèves.
Il - 2.1 Formulez le problème scientifique à résoudre qui peut être à l'origine de chacune des expériences du document 5.
2.2 Décrivez les étapes qui conduisent de la formulation de ces problèmes à l'élaboration des protocoles en faisant référence à la démarche scientifique.
2.3 Identifiez 3 compétences méthodologiques nécessaires à la production du document 6.
Le document 5 présente trois dispositifs envisagés par trois des groupes de la classe.
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groupes |
expériences |
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Groupe l |
- on prend un plant de salade à repiquer, on le
pèse, |
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Groupe 2 |
- on prend deux plants de salades à repiquer qui
sont identiques, |
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Groupe 3 |
On prend trois saladiers : On dépose à la surface de l'eau de chaque saladier une plaque de polystyrène trouée sur laquelle on dispose des plants de salade ; les racines de chaque plant étant en contact avec l'eau. On observe le développement de chacun des plants au bout de 15 jours. |
Le document 6 présente la production finale du quatrième groupe.
Volet 1 - Deuxième partie - Biologie (8 points)
I.1.1. (1) Le bilan NET (c'est-à-dire sans tenir compte d'éventuels échanges dans les deux sens qui s'annuleraient) est nul pour le diazote (3925 cm3 - 3925 cm3), négatif pour le dioxyde de carbone (24 cm3- 1551 cm3 = -1527 cm3), c'est-à-dire que du dioxyde de carbone est consommé (toujours en bilan net), positif pour le dioxygène (2909cm3 -174 cm3 = 2735 cm3), c'est-à-dire que du dioxygène est produit.
1.2.
(2) La variation de la masse de carbone
de la plante pendant la durée de l'expérience
correspond à un gain de 919 mg (827 mg - 8 mg) qui ne vient
pas de la solution nutritive qui ne semble pas contenir de carbone
(sable siliceux ?....) mais du CO2 atmosphérique
(correspondrait au bilan négatif présenté en
1).
La variation de masse d'azote de la plante pendant la durée de
l'expérience correspond à un gain de 57,3 mg (59,3mg -
2 mg) qui ne provient pas de l'atmosphères (la quantité
de diazote n'a pas changé) mais de la solution nutritive (au
départ elle renfermait 67,2 mg d'azote et elle n'en contient
plus que 9,9 mg en fin d'expérience, ce qui fait justement une
perte de 57,3 mg).
II. 2.1. (1)
La croissance pondérale du
nouveau-né est mesurée par son augmentation de masse:
soit 190 g en 7 j (3740 g - 3550 g). La quantité d'aliment
ingérée, uniquement du lait, est de 2460 g pendant
cette même période de 7 jours. On a donc un rendement de
190/2460= environ 8%.
2.2. (1)
Les aliments ingérés ne
servent pas à augmenter la masse du nouveau-né. Les
aliments (eau comprise) sont digérés
(transformés en nutriments), absorbés, et
métabolisés: certains participent directement à
la croissance (acides aminés des protéines qui ne sont
pas stockés), d'autres sont principalement oxydés (par
la respiration qui dégrade les molécules organiques
énergétiques et rejette du dioxyde de carbone est de
l'eau). Le dioxyde de carbone, déchet de cette respiration
cellulaire est rejeté par l'appareil respiratoire. N.B. il
ne faudrait surtout pas dire qu'une partie des éléments
du lait est rejetée et que seule une faible partie est
utilisée, cela serait faux: la totalité des nutriments
contenus dans le lait est absorbée dès que les
systèmes enzymatiques de l'appareil digestif du
nouveau-né sont en place. Les déchets contenus dans les
fèces sont des déchets du métabolisme
rejetés par le foie et ainsi que des cellules mortes
excrétées par l'intestin qui se renouvelle sans cesse
(la totalité de la couche la plus externe se renouvelle une
fois par jour environ). Voir cours
sur la
digestion.
III.3.1. (2) Les végétaux chlorophylliens sont des producteurs primaires ou des autotrophes vis-à-vis du carbone: ils utilisent la matière minérale (dioxyde de carbone principalement, mais aussi nitrates des solutions absorbées par les racines...) pour fabriquer leurs propres substances organiques par la photosynthèse à la lumière. Les animaux sont des producteurs secondaires ou consommateurs, ou encore hétérotrophes vis-à-vis du carbone qui utilisent la matière organique contenue dans leurs aliments (dans l'exemple précédent le lait maternel) pour fabriquer leur propre matière organique.
3.2.( (1) voir cours sur la nutrition: à mon avis, la photosynthèse ET la respiration doivent apparaître.
Volet 2 - Didactique (8 points)
I.1. (1)
les 5 types "d'aliments" cités
par les élèves sont:
* l'eau
* la lumière
* la matière organique vivante: insectes
* la matière organique morte ou en décomposition:
morceaux de terre (?), fumier, feuilles mortes
* la matière minérale: terre (morceaux ?), produits
chimiques, poudres...
1.2 (2)
* le terme "mange" est un
vocabulaire à connotation anthropomorphique qui fait penser
à des morceaux d'aliments et qu'il est donc nécessaire
de remplacer par l'utilisation de "se nourrir", qui peut
désigner à la fois de la matière
(minérale ou organique) et de l'énergie
(lumière).
* l'absorption de nourriture uniquement par les racines (le
rôle des feuilles et des gaz est ignoré) peut faire
référence à des pratiques culturales (engrais,
arrosage...) à des observations (présence de nombreux
insectes...). Les êtres vivants ne sont certes pas
consommés par les plantes à moins qu'il ne s'agisse de
plantes carnivores ou si l'on pense aux bactéries symbiotiques
des nodosités de plantes comme les légumineuses (ces
bactéries fixent le diazote atmosphérique et
fournissent un apport non négligeable d'azote organique
à la plante, qui est alors hétérotrophe
vis-à-vis de l'azote). L'absorption de matière
organique morte est aussi une erreur, il y a tout un travail à
faire pour expliquer que dans le sol a lieu une décomposition
de la matière organique morte en matière
minérale et que seuls les sels minéraux
résiduels sont absorbés par la plante.
1.3. (1) L'absence de référence aux gaz nutritifs pour la plante pourrait avoir pour cause leur invisibilité, le fait qu'il n'est pas nécessaire d'en fournir à la plante spécifiquement car on les laisse toujours dans une atmosphère où des gaz nutritifs sont présents. On peut aussi penser que le rôle des gaz est plus difficile à mettre en évidence expérimentalement et que, si les enfants ont déjà entendu parler de leur rôle, ils ne l'ont pas forcément bien assimilé.
1.4. (1,5)
La pédagogie par problème
scientifique (à la mode dans le secondaire...: il faut
encore remarquer que l'on travaille à l'envers en recherchant
des hypothèses non formulées ce qui est loin
d'être évident et n'est certainement pas très
scientifique (je ne suis pas du tout sûr d'être
performant à ce petit jeu: voyez par exemple
l'expérience du groupe 1), même si cela a une
incontestable utilité pédagogique: savoir comprendre le
travail d'un enfant).
Je pense que la clé de compréhension de ces deux
questions (1.4 et 1.5) est dans l'idée que la mise en place
des expériences dans les groupes est UNE RÉPONSE AUX
HYPOTHÈSES PROPOSÉES PAR LES ENFANTS dans le recueil
des conceptions initiales: la plante se nourrit de terre, de
lumière, d'eau, et d'autres choses qui sont dans la
terre...
* groupe1: Est-ce que la plante se nourrit de terre ?
(après bien des hésitations je pense que ce
problème ou plutôt l'hypothèse qui lui est
associée (la plante "mange" de la terre) est vraiment ce qui a
guidé la mise en place des expériences du groupe1; en
effet, si on essaie de comprendre les expériences de ce groupe
en pensant qu'ils essayent de voir quelle quantité d'eau a
été absorbée par la plante, il est trivial de
remarquer que, faute de témoin et étant donné
l'évaporation, leurs mesures n'ont aucun sens. Alors que s'ils
font l'hypothèse que c'est bien la terre qui est
consommée, alors leurs expériences sont plus
cohérentes même si l'évaporation empêche
encore de conclure.
* groupe 2: Est-ce que la lumière est nécessaire
à la plante ? Une plante peut-elle se développer
à l'obscurité ?
* groupe 3: Qu'est-ce qui est absorbé par les racines ?
D'où viennent les éléments minéraux
absorbés par les racines ?
1.5. (1,5)
Cette question est mal posée
étant inséparable de la première: les faux
problèmes posés (a posteriori) sont ici exprimés
par des questions alors que les hypothèses le sont par des
affirmations. Les expériences cherchent à tester
(valider-invalider) les hypothèses.
* groupe 1: l'hypothèse est donc que la plante se nourrit de
terre. L'eau fournie n'est là que parce que les enfants savent
que la plante a besoin d'eau (mais cela n'est pas forcément
associé à la nutrition). Il est évident que
l'expérience n'est pas vraiment concluante puisque,
étant donné l'évaporation, la masse de la terre
en fin d'expérience peut être supérieure ou
inférieure à la masse de départ, selon la
quantité d'eau retenue. Ils n'ont pas non plus dit qu'ils
pesaient la salade en fin d'expérience...de toute façon
la variation ne serait pas non plus significative....
* groupe 2: les conditions étant identiques (au maximum mais
ce ne sont pas les mêmes plants et ce n'est pas la même
terre...) le plant à la lumière doit se
développer alors que le plant à l'obscurité doit
ne pas se développer. L'atmosphère confinée de
chaque saladier, n'est pas non plus une excellente idée,
même si elle sera renouvelée lors des arrosages.
L'expérience devrait permettre de conclure.
* groupe 3: on a aussi du mal à comprendre pourquoi une
expérience avec de la terre arrosée avec de l'eau
(déminéralisée ?) a été mise en
place; est-ce pour essayer de comparer la croissance d'une salade en
terre par rapport à une salade en solution nutritive
prédosée ou est-ce pour tester la présence
dans la terre d'autre chose qui serait
nécessaire à la plante ? (par exemple de la
matière organique... on revient à l'hypothèse
que la plante mange la terre...).
2.3. (1)
Les compétences
méthodologiques disciplinaires sont directement
liées à la démarche expérimentale:
- être capable de rédiger un compte-rendu-protocole
expérimental (cahier d'expérience)
- pouvoir schématiser une expérience (avec une
légende complète)
- être capable de décrire des conditions
expérimentales
- être capable de juger de la validité d'une
hypothèse émise lors de la mise en place de
l'expérience (savoir conclure)
- être capable de suivre une expérience de façon
régulière
* les compétences méthodologiques dans le domaine de
la langue sont tout aussi nombreuses et touchent à la
rédaction (non proprement scientifique, orthographe...) par
exemple
* enfin les compétences méthodologiques
transversales sont du domaine du soin ou de l'habileté
à mettre en place les expériences, de la participation
aux discussions, à l'argumentation des preuves...