CRPE - Académie de Lyon - Session 2000

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sujet - corrigé (du formateur)

1er VOLET : SCIENTIFIQUE

PREMIÈRE PARTIE - GÉOLOGIE (4 points)

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


 


DEUXIÈME PARTIE - BIOLOGIE (8 points)


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.

début d'expérience
fin de l'expérience
volume d'azote
3925 cm3
3925 cm3
volume de dioxyde de carbone
1551 cm3
24 cm3
volume d'oxygène
174 cm3
2909 cm3
Document 4 : tableau des échanges gazeux

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.

2ème VOLET : DIDACTIQUE ET PÉDAGOGIQUE ( 8 points)

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.

groupes

expériences

Groupe l

- on prend un plant de salade à repiquer, on le pèse,
- on prend un pot de terre, on le pèse,
- on plante la salade,
- on pèse tous les jours la quantité d'eau que l'on donne à la plante,
- on prélève le plant de salade au bout de 15 jours et on pèse le plein de terre.

Groupe 2

- on prend deux plants de salades à repiquer qui sont identiques,
- on repique les salades chacune dans un pot contenant la même quantité de terre,
- on arrose les deux plantes avec la même quantité d'eau,
- on place un pot sous un saladier en verre transparent
- on place l'autre pot sous un saladier recouvert d~un papier noir,
- on observe le développement de chacun des plants au bout de 15 jours.

Groupe 3

On prend trois saladiers :
- le premier saladier est rempli d'eau déminéralisée,
- le deuxième saladier est rempli de terre de jardin à laquelle on ajoute de l'eau déminéralisée,
- le troisième saladier est rempli d'eau à laquelle on ajoute le contenu d'une solution d'engrais prédosé.

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.

Corrigé (et barème du formateur)

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...