Réalité virtuelle et étude du système nerveux au collège
L’exemple de l’audition
Cet article présente une proposition pour traiter le système nerveux au cycle 4, de façon à permettre aux élèves la compréhension de la communication nerveuse dans sa globalité jusqu’à l’intégration cérébrale. L’application utilisée permet en quelques minutes de faire les liens entre tous les organes qui interagissent afin de permettre cette compréhension globale. Revenir sur cette application pour revoir ces notions et pour en construire de nouvelles comme les perturbations de l’audition et un bon moyen de mettre en œuvre l’aspect spiralaire des programmes du collège.
Nicolas LEGLISE-BLANCHARD, Collège Robert DOISNEAU, Itteville (91)
Caractéristiques de la séquence
LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné
Approche spiralaire : 5ème (organisation, fonctionnement) et 4ème/3ème (perturbation)
Partie du programme :
Thème : Le corps humain et la santé ; Chapitre : Mouvement, sport et santé
– Mettre en évidence le rôle du cerveau dans la réception et l’intégration d’informations multiples.
Messages nerveux, centres nerveux, nerfs, cellules nerveuses.
– Relier quelques comportements à leurs effets sur le fonctionnement du système nerveux ;
Activité cérébrale ; hygiène de vie : conditions d’un bon fonctionnement du système nerveux, perturbations par certaines situations, seuils, excès.
PLACE DANS LA PROGRESSION
En 5ème : L’utilisation de cette application s’inscrit dans un chapitre traitant du fonctionnement du système nerveux. L’idée principale est de comprendre la cascade d’évènements au sein de l’organisme de la perception d’un stimulus à l’intégration corticale, et appréhender la conversion du message sonore en un message nerveux de nature électrique.
En 4ème/3ème : Les bases du fonctionnement du système nerveux et de la conversion du son en message nerveux ayant été vues précédemment, il est possible de s’intéresser aux perturbations du fonctionnement du système nerveux. L’étude de l’animation disponible dans cette application permet de comprendre le fonctionnement détaillé de l’organe de Corti, et ainsi appréhender les effets de l’écoute prolongée ou à des niveaux sonores trop élevés de musiques ou de sons.
MOTIVATION
La partie du programme traitant de la communication nerveuse est toujours délicate à traiter tant les connaissances nécessaires pour comprendre le fonctionnement global sont nombreuses à construire. Classiquement, chaque partie de la communication est vue de façon chronologique, mais il manque une synthèse globale que je trouve nécessaire. Il est possible de montrer l’application au début du chapitre comme document d’appel afin de susciter des questions, ou alors de l’utiliser comme synthèse finale. Au regard des connaissances de mes élèves lors de la discussion de début de chapitre, j’ai préféré m’en servir comme synthèse. L’application utilisée permet en quelques minutes de faire les liens entre tous les organes qui interagissent afin de permettre la compréhension de la communication nerveuse dans sa globalité jusqu’à l’intégration cérébrale. Enfin, revenir sur cette application pour revoir ces notions et pour en construire de nouvelles comme les perturbations de l’audition et un bon moyen de mettre en œuvre l’aspect spiralaire des programmes du collège.
PROBLÈMES A RÉSOUDRE
5ème :Comment les stimuli de l’environnement peuvent-ils être transmis jusqu’au cerveau ?
4ème/3ème :Comment un comportement à risque peut perturber notre audition ?
NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPÉTENCES
Notions
Extraits du Bulletin officiel spécial n°17 du 23 avril 2015
Expliquer des processus biologiques impliqués dans le fonctionnement de l’organisme humain (activité nerveuse).
Relier la connaissance de ces processus biologiques aux enjeux liés aux comportements responsables en matière de santé (audition).
Compétences
Collecter des données avec un outil numérique
Utiliser des outils numériques pour simuler un phénomène
Savoir travailler en groupe
Cadre de référence des compétences numériques (CRCN)
Évoluer dans un environnement numérique
ACTIVITÉ
Durée : 20/30 minutes
Coût : gratuite
Sécurité : RAS
Outils numériques et ressources
Tablettes ou téléphones portables
Application « The mecanism of hearing educational » (gratuite sur le Google Playstore, en français sous le nom « Les oreilles, le mécanisme de l’ouïe 3D, VR »)
La séquence commence par un recueil des conceptions des élèves au travers de la réalisation du schéma présenté ci-dessous par chaque élève.
Il leur est demandé de représenter le trajet de l’information depuis un haut parleur qui émet un son et les muscles des jambes de l’individu qui se déplace en réponse à ce son.
La suite de la séquence permettra d’étudier d’abord la perception du stimulus, sa conversion et le transfert du message nerveux jusqu’aux structures corticales. Puis dans un second temps le genèse de la réponse motrice.
Pour la partie détaillée ici, je profite du fait que l’anatomie de l’oreille externe et moyenne est été vue en éducation musicale.
L’anatomie de l’oreille interne ainsi que l’organisation des structures nerveuses et cérébrales est vue en SVT (c’est l’occasion de réaliser une dissection du système nerveux du merlan par exemple, afin de mettre en évidence les relations entre organes sensoriels et centres nerveux).
En quatrième et troisième
L’aspect curriculaire des programmes m’amène à demander aux élèves de reprendre leur cours de cinquième et de s’évaluer dans un quiz de rappel. En reprenant ces savoirs et en amenant les élèves à les réinvestir, on mobilise les processus d’apprentissage.
Les élèves ont accès à l’application "The mechanism of hearing".
Le recours au casque de réalité virtuelle n’est pas indispensable. Cela rajoute seulement un aspect ludique.
Les élèves sont amenés à réaliser l’activité suivante où il leur est demandé d’étudier la propagation du stimulus sonore depuis son émission jusqu’à l’oreille interne puis la propagation du message nerveux sensitif depuis l’oreille interne jusqu’aux aires corticales associées à l’audition.
Pouvoir avoir sur le même support et de façon dynamique l’ensemble de ce trajet est un des intérêts de l’application car cela offre une vue d’ensemble et une continuité nécessaire à la compréhension globale de ce phénomène.
Ainsi, après avoir utilisé l’application les élèves ont légendé un schéma (comparable à celui présenté ci-dessous) qui permet de synthétiser l’ensemble des informations extraites de l’application et répondu à des questions.
De mon point de vue, le recours à cette application présente l’avantage de rendre compte de l’aspect dynamique et dirigée du déplacement de l’information au sein de l’organisme, mais cela permet également de rendre compte de la conversion du message nerveux sonore en message nerveux électrique au niveau de l’oreille interne, et ainsi de comprendre l’origine du message nerveux de nature électrique.
Le recours à l’animation "la synapse" permettra dans un second temps de visualiser les mécanismes de la transmission synaptique expliquant ainsi comment le message nerveux électrique peut circuler tout au long de la chaine de transmission de l’information.
Cette tâche peut venir à la suite de la précédente car l’étude amène à comprendre qu’il y a plusieurs structures reliées les unes aux autres et que par conséquent les nerfs assurent le relais entre ces structures mais du fait de la composition des nerfs il est nécessaire que le message nerveux soit transmis d’une neurone à un autre le long de ces derniers.
Ou alors, cette tâche peut se faire avant d’utiliser l’application, dans le prolongement de la dissection et de la dilacération d’un nerf. Ainsi, les élèves auront déjà abordé la notion de conversion du message nerveux avant d’appréhender celle qui permet la genèse du message nerveux à partir du son qui pénètre dans l’oreille.
En quatrième et troisième
Lors de la séance en classe, les élèves travaillent notamment à partir des informations concernant l’oreille interne et l’appareil de Corti.
Cela permet de faire le lien avec la destruction des cils de l’oreille interne lors des perturbations de l’audition en lien avec une écoute prolongée ou à un niveau sonore trop élevé.
Ce travail permet de réaliser un schéma fonctionnel bilan qui représente le trajet de l’information depuis son émission jusqu’aux aires corticales associées à l’audition.
En quatrième et troisième
Réalisation d’une carte mentale présentant la composition, le fonctionnement du système nerveux et ses perturbations.
Retours et analyse
RETOURS ET IMPRESSIONS DES ÉLÈVES
Le choix de prendre l’audition comme exemple de compréhension du fonctionnement du système nerveux permet de faire des ponts avec l’éducation musicale et de réinvestir des connaissances acquises dans une autre discipline. De cette façon cela répond à la question « À quoi ça sert de savoir ça ? » que posent les élèves de collège lorsque la concrétisation de leurs savoirs n’est pas encore réalisée.
Les applications sont à la fois simples d’utilisation et complètes. Elles constituent un outil stimulant pour les élèves, différent des supports habituellement exploités en classe.
La libre circulation dans l’application permet aux élèves d’explorer les différentes sections, et leur laisse une autonomie qu’ils ont trouvée satisfaisante.
ANALYSE DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées
L’utilisation de cette application permet aux élèves de mieux appréhender le fonctionnement global du système nerveux car toutes ses composantes apparaissent associées sur l’application.
La conversion du stimulus en message nerveux sensitif au niveau de l’organe sensitif prend plus de sens avec l’utilisation de l’application. Sans entrer dans le détail de l’explication de la conversion (qui sera précisée en 4ème/3ème) cela répond à la question fréquemment posée du « Comment se fait cette conversion ? ».
Même si l’utilisation de matériel numérique et d’une application génère une certaine excitation auprès des élèves de 5ème, il est satisfaisant de constater que cela entraîne tous les élèves et qu’ils consacrent plus de temps et d’attention qu’ils ne l’auraient fait avec un support papier.
Difficultés rencontrées
L’animation proposée dans l’application fait référence à la membrane basilaire, à la tonotopie ou encore à l’organe de Corti dont le fonctionnement me paraît trop complexe pour des élèves de 5ème. Néanmoins cela permet de poser les bases pour la suite du programme lors duquel les élèves pourront étudier les perturbations du fonctionnement de l’appareil auditif avec la destruction des cils lors de phase d’écoute à volume trop élevé par exemple.
Pistes d’amélioration
L’application permettant d’étudier le fonctionnement du système nerveux de la perception du stimulus jusqu’à l’intégration cérébrale il est possible d’utiliser l’application pour en étudier chaque aspect. On peut aussi choisir de s’en servir pour réaliser une synthèse du chapitre.
Une piste d’adaptation en classe de Première enseignement scientifique
L’application fournit des informations de bon niveau pour une utilisation au lycée, éventuellement à faire installer aux élèves sur leurs smartphones (Android).
Earth.nullschool.net est un logiciel en ligne qui permet de visualiser, à différentes échelles géographiques et temporelles, la dynamique des masses d'air et des masses d'eau à la surface du globe.