Réalités virtuelle/augmentée et étude du cœur au collège Fonctionnement des valvules cardiaques


- Liaison avec le programme et place dans la progression
- Problème à résoudre
- Notions, savoir-faire, compétences
- Outils numériques et ressources

- Déroulement de la séquence
- Retour des impressions des élèves
- Analyse et évaluation du dispositif

Professeur(s)

  • Nicolas LEGLISE-BLANCHARD, Collège Robert DOISNEAU, Itteville (91)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné 5ème
Partie du programme : Thème : Le vivant et son évolution
Chapitre : Nutrition des animaux
PLACE DANS LA PROGRESSION
Cette activité s’inscrit dans un chapitre traitant de la nutrition des organismes animaux. L’idée principale est de comprendre comment les nutriments arrivent aux cellules afin de participer à la production d’énergie.
MOTIVATION
La partie du programme traitant de la circulation sanguine est toujours intéressante à traiter, notamment avec une dissection d’un cœur qui permet de mettre en évidence son cloisonnement ainsi que la présence des valvules. Mais la principale difficulté est d’arriver à faire appréhender par l’élève le fonctionnement de ces valvules. Il manquait un aspect immersif comme peut l’être la dissection mais dynamique. L’apport du numérique et des applications développées à cette fin permet, au-delà de l’aspect motivant que peut représenter l’usage d’outils numériques, de donner vie à l’organe disséqué et donc d’en comprendre son fonctionnement.

PROBLEME A RESOUDRE
Comment se fait la circulation à sens unique du sang ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPETENCES
Notions Extraits du Bulletin officiel spécial n°17 du 23 avril 2015
Relier les besoins des cellules animales et le rôle des systèmes de transport dans l’organisme.

• Nutrition et organisation fonctionnelle à l’échelle de l’organisme, des organes, des tissus et des cellules
Savoir-faire
Compétences
  • Réaliser une dissection
  • Utiliser des outils numériques pour simuler un phénomène
  • Savoir travailler en groupe
ACTIVITE
Durée : 50 minutes Coût : 4€ les 6 cœurs de mouton ou de porc + 1 ensemble cardio-pulmonaire Sécurité : Utilisation de scalpels et ciseaux donc rappel des règles de sécurité important ici. Port de blouses ou vêtements de protection, port de gants.

Outils numériques et ressources
  • Tablettes ou téléphones portables (avec gyroscope) suffisamment puissants pour supporter les applications (notamment Insight Heart)
  • Application Insight Heart (payante 2,49€ sur le Google playstore)
  • Application My Heart Anatomy (gratuite sur le Google playstore)

Déroulement global de la séquence

Déroulement détaillé de la séquence

Partie 1 : Travaux pratiques
Cette séquence fait suite à une partie concernant le circulation des sèves chez les plantes et l’idée d’un liquide qui circule entre les organes de la plante a été échafaudée. Elle devient transposable aux animaux, d’autant que la circulation sanguine est déjà bien construite chez les élèves. Ils savent d’ailleurs que le cœur est la pompe du système circulatoire mais ils ne connaissent pas les modalités de la circulation du sang dans l’organisme.
Afin de commencer à travailler sur l’importance du cœur, il est demandé aux élèves de regarder une vidéo chez eux et de noter leurs observations.
Vidéo circulation sang coeur de mouton (scolawebTV))
(Téléchargeable depuis le site)

Au début de la séance de TP, la vidéo est revue et les élèves peuvent faire part de leurs observations.
=> Le cœur semble séparé en deux parties, une de chaque côté.
=> Le sang ne circule que dans un seul sens dans le cœur.
La découverte du septum et le cloisonnement du cœur sont facilement mis en évidence. Mais pour les valvules et leur fonctionnement cela est plus difficile. C’est pourquoi j’insiste davantage dessus lors de ce TP.
Au delà de l’aspect descriptif et illustratif de l’organe, la dissection devient une investigation.
On peut trouver des dissections assistées par ordinateur mais je préfère laisser les élèves disséquer selon leurs idées. La seule contrainte est qu’ils soient en mesure de reconstituer l’organe une fois la dissection terminée.

Dès que les dissections et les observations sont terminées pour chaque groupe, une mise en commun (autour de la dissection la plus réussie) permet d’identifier le septum et les valvules suite aux échanges entre les groupes. Les élèves proposent un mode de fonctionnement pour ces membranes dont ils ignorent encore le fonctionnement.

Partie 2 : Apport de la réalité augmentée et de la réalité virtuelle
Afin de comprendre le fonctionnement des valvules, les élèves travaillent sur l’application Insight Heart qui permet de faire apparaître dans leur environnement une silhouette humaine où le système circulatoire est mis en évidence.

La réalité augmentée est ici utile car les élèves peuvent se déplacer autour de la silhouette, zoomer en avançant vers cette dernière.
Une fois assez proche de la silhouette, il est possible de ne s’intéresser qu’au cœur. Ainsi les valvules apparaissent nettement et il est possible de voir comment elles fonctionnent. Les globules rouges sont représentés en couleur (rouge ou bleu) traduisant ainsi le sang oxygéné et le sang désoxygéné selon le code couleur conventionnel. Ce visuel permet aussi d’illustrer le rôle du septum.

L’aspect dynamique de l’application permet de rendre compte du fonctionnement des valvules tout en représentant aussi le fonctionnement synchrone des deux oreillettes et des deux ventricules.
Il est possible d’observer le rythme cardiaque d’un cœur normal et d’un cœur victime d’un infarctus ou en fibrillation si l’on veut évoquer ces pathologies cardiaques dans l’idée d’un « parcours Santé ».

Suite à leur passage sur cette application, les groupes doivent être en mesure d’expliquer le fonctionnement des valvules et donc d’apporter une réponse au problème.

La seconde application, My Heart Anatomy, permet aux élèves de légender le dessin de la coupe longitudinale d’un cœur humain. L’application est en anglais mais cela ne constitue pas un problème majeur pour les élèves qui travaillent en groupe.

Sur l’application, il est possible d’enlever certaines parties du cœur (oreillettes, myocarde ventriculaire…) afin d’en observer l’intérieur. Cette application est gratuite et ne nécessite pas d’autorisations particulières quant à son installation.
Les élèves qui n’ont pas placé toutes les légendes doivent terminer ce travail pour la séance suivante. Comme les séances en groupes se font à partir de groupes représentant 2/3 d’une classe, la correction des légendes du dessin permet de faire les rappels de ce qui a été vu au sein de chaque classe.

RETOURS ET IMPRESSIONS DES ÉLÈVES

Les élèves ont beaucoup apprécié de pouvoir d’une part disséquer et d’autre part de voir le cœur fonctionner via l’application. D’ailleurs quelques élèves ont installé les applications sur leurs téléphones suite à cette séance.
Ils ont ainsi pu mieux appréhender le fonctionnement des valvules. Par rapport aux années précédentes j’ai pu observer lors de l’évaluation une meilleure maîtrise de ces notions.

ANALYSE DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées
  • Le recours à la réalité augmentée est dans ce cas une excellente façon d’une part de motiver les élèves qui apprécient de changer de support notamment lorsque cela implique l’utilisation d’appareils numériques, et d’autre part car cela apporte une réelle plus-value pédagogique. Ce qui est inerte sur le cœur disséqué, même mis en évidence en mettant du coton sous les valvules, devient animé. La compréhension du fonctionnement des valvules devient beaucoup plus simple et se révèle être mieux compris.
  • L’application ne remplace pas le réel mais elle vient en supplément. Le fait d’utiliser l’application lors de la même séance que la dissection permet de confronter la représentation numérique au réel et ainsi de conférer à la représentation virtuelle la valeur de modèle.
  • Les applications peuvent remplacer un cœur pour les élèves les plus sensibles qui ne peuvent disséquer et pour lesquels les solution de remplacement sont rarement satisfaisantes, d’autant que les visuels sont vraiment ressemblants à l’organe réel.
Difficultés rencontrées
  • Cette séance étant chargée il est conseillé de tout préparer à l’avance (cuvettes avec cœur et matériel, tablettes) afin de commencer dès l’installation des élèves.
  • L’application Insight Heart nécessite un peu d’espace pour être utilisée en toute sécurité. Comme les élèves peuvent bouger autour de la silhouette et qu’ils bougent les yeux rivés sur l’écran, ils ne font pas attention aux éléments qui les entourent et ils peuvent se cogner. Il faut prévoir 2m2 environ par utilisateur.
Pistes d’amélioration
  • L’application Insight Heart peut être utilisée dans le cadre d’un parcours santé pour évoquer les conséquences de la sédentarité ou de la consommation de produits trop gras, d’alcool ou du tabagisme avec l’infarctus du myocarde.

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