B* Modélisation en réseau des systèmes internes du corps humain au collège REP Rousseau de Creil (Journées innovation 2016)

10 février 2016

Collège [REP] Jean Jacques Rousseau
3 RUE DU VALOIS , 60107 CREIL
rrs.rousseau@ac-amiens.fr
Auteur : Patrice Clair
Mél : rrs.rousseau@ac-amiens.fr

Chaque classe devra étudier un des systèmes du corps humain (respiratoire, circulatoire, digestif et musculaire). Puis, les élèves exposeront aux autres classes le fonctionnement de chaque système. Ensuite, ils devront modéliser leur système avec différents outils (des parcours de billes, des films en stop-motion et bien sûr des robots). Enfin, ils aboutiront à une production finale commune simulant les différents systèmes et leur interaction.

Plus-value de l’action
Participation à l’Anti-colloque "l’homme et le numérique" au Collège Bernardins à Paris

Nombre d’élèves et niveau(x) concernés
4 classes de cycle 3 et une classe de 6ème

A l’origine
Les projets de modélisation technologique du vivant obligent les élèves à faire des allers-retours incessants entre leurs connaissances académiques et leurs savoir-faire techniques.

Objectifs poursuivis
• Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées : Extraire les informations pertinentes d’un document et les mettre en relation pour répondre à une question.
• Exploiter un document constitué de divers supports (texte, schéma, graphique, tableau, algorithme simple).
Rechercher :
• formuler une question ou une problématique scientifique ou technologique simple ;
• proposer une ou des hypothèses pour répondre à une question ou un problème ;
• proposer des expériences simples pour tester une hypothèse ;
• interpréter un résultat expérimental, en tirer une conclusion ;
• formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale.
Expérimenter :
• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour mener une observation, effectuer une mesure ou réaliser une expérience.
• Garder une trace écrite ou numérique des recherches, des observations et des expériences réalisées
• Observer et décrire différents types de mouvements (billes, robots)
Observer :
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un vocabulaire précis ;
• Expliquer un phénomène à l’oral et à l’écrit.
Exposer : La mise en place de ce projet interdisciplinaire a pour but de mettre les élèves dans des situations d’apprentissage dans lesquels ils devront développer toutes les compétences scientifiques :
• utiliser les outils du numérique pour communiquer les résultats entre les classes.
• Rendre compte des observations, expériences, hypothèses, conclusions en utilisant un vocabulaire précis communiquer
• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant à un besoin.
• Modélisation du réel (maquette, modèles géométriques et numériques), représentation en conception assistée par ordinateur.
Construire :
• Identifier un signal et une information représenter par 0 ou 1 (utilisation des capteurs)
.• Le stockage des données, notions d’algorithmes, les objets programmables. Programmer
• Relier des connaissances acquises en sciences et technologie à des questions de santé, de sécurité et d’environnement.
• Repérer et comprendre les interconnexions des systèmes faire du lien
• Reconnaître une cellule » . La cellule, unité structurelle du vivant
• Expliquer les besoins variables en aliments de l’être humain ; l’origine et les techniques mises en œuvre pour transformer et conserver les aliments

Description
Les élèves de CM1 de l’école [REP] J .Macé étudieront avec leur enseignante, Madame Diandy, le système circulatoire : la composition du sang, les différents vaisseaux sanguins, la diffusion, la petite et la grande circulation et le cœur.
.Ils devront faire des recherches et exploiter des documents (manuels, vidéos, internet…).
Ils devront aussi s’appuyer sur le vivant :
• observer à la loupe les vaisseaux visibles de leur corps (sous la langue, œil…)
• prendre son pouls et son rythme cardiaque,
• observer un cœur de mouton.
Puis par groupe de 4, ils devront préparer un exposé pour expliquer la circulation sanguine aux autres classes.
Parallèlement à cela, M. Nafteux, l’enseignant des CE1 de l’école interviendra dans leur classe lors d’un échange de service pour mettre en place un projet scientifique et technologique sur le mouvement via la construction d’un parcours de billes.
Riches de leurs connaissances dans les deux domaines, à partir de janvier les élèves devront trouver les solutions techniques pour modéliser le système circulatoire en circuit de billes.
C’est la classe qui devra le plus communiquer avec les autres classes du projet car la circulation sanguine est en interaction avec tous les autres systèmes : les échanges gazeux avec les poumons, la diffusion avec l’intestin et l’approvisionnement et la récupération des déchets des cellules.
Les élèves de CM2 de l’école [REP] V.Duruy étudieront avec leur enseignante, Madame Debavelaere, le système respiratoire : la composition de l’air, le diaphragme, la trachée, les poumons, les alvéoles pulmonaires et les échanges gazeux avec le sang. Ils devront faire des recherches et exploiter des documents (manuels, vidéos, internet…).
Ils devront aussi s’appuyer sur le vivant :
• observer la présence de dioxyde de carbone lors de l’expiration
• prendre son rythme respiratoire avant et après l’effort,
• observer des poumons de mouton.
Puis par groupe de 4, ils devront préparer un exposé pour expliquer la respiration aux autres classes.
Parallèlement, une fois par semaine pendant 10 séances, ces élèves se rendront au collège Rousseau et seront intégrés à une classe de sixième. Ils participeront à un projet de découverte de la robotique au cours duquel ils apprendront les bases de l’algorithmique et de la programmation des robotamis.
A partir de janvier, riches de leurs connaissances dans les deux domaines, les élèves devront trouver les solutions techniques et informatiques pour modéliser le système respiratoire en utilisant les robotamis. Une rencontre avec la classe de madame Diandy sera organisée pour modéliser des échanges gazeux entre le circuit de bille et les robotamis.
Les élèves de CM2 de l’école [REP] L. Michel étudieront avec leur enseignante, Madame Lefort, les muscles : leur fonctionnement, la fabrication de l’énergie par les cellules, leurs besoins en dioxygène et en nutriments, la production de déchet, les échanges avec le sang. Ils devront faire des recherches et exploiter des documents (manuels, vidéos, internet…).
Ils devront aussi s’appuyer sur le vivant :
• observer des cellules d’oignon au microscope ;
• observer les mouvements volontaires et involontaires de leur corps
Puis par groupe de 4, ils devront préparer un exposé pour expliquer le fonctionnement des muscles et des cellules aux autres classes.
Puis, à partir de Janvier, Joëlle Lefort et Lysa Machado, en co-enseignement, feront découvrir à leurs élèves sous forme d’ateliers le fonctionnement des lego mindstorms, des robotamis et leur programmation ainsi que l’utilisation de plusieurs applications IPad ou logiciels sur ordinateur. Riches de leurs connaissances dans tous ces domaines, les élèves devront trouver les solutions techniques et informatiques pour :
• rendre une peluche capable de marcher en fabriquant des exosquellettes en robotami et en lego mindstorms.
• réaliser un film d’animation pour expliquer le fonctionnement d’une cellule.
Pour modéliser les nutriments, le dioxygène et les déchets, ainsi que les échanges avec le sang, cette classe devra communiquer avec les 3 autres classes participantes.
Les élèves de CM1 de l’école [REP] C. Freinet étudieront avec leur enseignant, M. Redouté, le système digestif : les organes qui le compose, la digestion mécanique et chimique, les nutriments, la diffusion dans le sang et l’évacuation des déchets. Ils devront faire des recherches et exploiter des documents (manuels, vidéos, internet…).
Ils devront aussi s’appuyer sur le vivant :
• observer les transformations chimiques avec l’utilisation d’enzymes sur l’amidon.
• remarquer que la transformation mécanique est nécessaire mais insuffisante.
Puis par groupe de 4, ils devront préparer un exposé pour expliquer respiration aux autres classes.
Parallèlement, une fois par semaine pendant 10 séances, ces élèves se rendront au collège Rousseau et seront intégrés à une classe de sixième Segpa. Ils participeront à un projet de découverte de la robotique au cours duquel ils apprendront les bases de l’algorithmique et de la programmation des robotamis. Enfin, lors de la mise en place d’un CLEA, un artiste, Julien Appert interviendra dans leur classe. Il permettra aux élèves de réaliser une performance artistique et numérique composée de sons, de lumières, de films d’animation en fonction d’un scénario qui expliquant la digestion. Même si cette classe devra communiquer avec toutes les autres classes du projet, on peut imaginer au moins une rencontre avec la classe de madame Diandy pour la modélisation de la diffusion des nutriments de l’intestin dans le sang.

Modalité de mise en œuvre
• Réunions entre les enseignants pour préparer la programmation et se répartir les systèmes du corps humain. novembre à décembre
• chacune des 4 classes étudie son système.
• Par groupe, les élèves préparent un exposé à destination des autres classes pour expliquer leur système.
• Les classes de M. Redouté et Mme Debavelaere s’initient à la robotique au collège Rousseau avec des classes de sixième.
jeudi Décembre 2015
•Première rencontre entre les 4 classes au CLSH de Creil. Par groupe, les élèves exposeront le fonctionnement de leur système aux autres classes.
Janvier à mars 2016
•Les classes modélisent leur système.
• Les élèves doivent trouver des solutions pour fabriquer un objet expliquant leur système du corps humain.
•Ils font des allers-retours permanents entre leurs connaissances empiriques du corps humain et leurs savoirs-faire technologiques.
• interventions d’étudiants de l’utc dans les 4 classes pour répondre à des questions techniques.
Mars à avril 2016
• Les classes continuent la modélisation. Ils doivent aussi prendre en compte les autres classes.
• Les classes échangent via.la messagerie "whatsapp" se mettre d’accord sur des représentations communes (oxygène, nutriment...) et sur les interactions (diffusion entre l’intestin et le sang, échange sang/cellule, échange)
• Rencontres bi-latérales entre les classes pour tester les interactions.
Juin 2016
• Répétition générale entre les 4 classes et derniers réglages.
• PARTICIPATION À L’ANTI-COLLOQUE "l’homme et le numérique" au COLLÈGE DES BERNARDINS, à Paris, avec l’équipe des Savanturiers du CRI.
• Présentation finale du projet aux autres classes et aux parents.

Trois ressources ou points d’appui
En attente de bilan

Difficultés rencontrées
En attente de bilan

Moyens mobilisés
Utilisation des Robotamis

Partenariat et contenu du partenariat
Intervention dans les classes d’étudiants du l’Université Technologique de Compiègne pour répondre aux problèmes techniques. Les Savanturiers du CRI

Liens éventuels avec la Recherche
UTC et CRI

Evaluation
Les systèmes du corps humain font partie intégrante des nouveaux programmes du cycle 3. Ils sont un sujet d’étude scientifique permettant à la fois l’expérimentation, la recherche documentaire et la modélisation. L’interaction entre les différents systèmes semble intéressante en vue d’un travail en réseau et contribue à l’éducation à la santé

Modalités du suivi et de l’évaluation de l’action
En attente de bilan

Effets constatés
En attente de bilan

Extrait du site Expérithèque : 2016D MO6 ou Modélisation des Systèmes Organiques

Modélisation des Systèmes Organiques (12 pages)

Voir

Extrait de viaeduc.fr : 2016D MO6 : Un projet pluridisciplinaire de modélisation en réseau des systèmes du corps humain