Formation des personnels de laboratoire: les nouveaux programmes de SVT au lycée 18 juin 2012 à Mulhouse 21 juin 2012 à Strasbourg Véronique Darcy – Sylviane Napoli – Thierry Pujol - Marie-Claire Valentin

3 thématiques La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant Enjeux planétaires contemporains Corps humain et santé Univers métiers de la santé Univers métiers de la science fondamentale Univers métiers de la gestion publique et de l’environnement

La Terre dans l’Univers, la vie Thèmes communs aux ES-L et l’évolution du vivant Enjeux planétaires contemporains Corps humain et santé 2de Les conditions de la vie La nature du vivant Biodiversité Le Soleil Le sol L’effort Pression artérielle Activité physique et santé 1ère S Génétique : expression, stabilité Variation du génome Tectonique des plaques histoire d’un modèle Géologie appliquée Nourrir l’humanité Féminin masculin De l’œil au cerveau Variation génétique et santé Thèmes communs aux ES-L

La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant Enjeux planétaires contemporains Corps humain et santé TS obligatoire Génétique et évolution Le domaine continental et sa dynamique Géothermie et propriétés thermiques de la Terre La plante domestiquée Le maintien de l’intégrité de l’organisme: quelques aspects de la réaction immunitaire Neurone et fibre musculaire: la communication nerveuse TS spécialité Energie et cellule vivante Atmosphère, hydrosphère, climats: du passé à l’avenir Glycémie et diabète

Programme de seconde 1h30 par semaine pour l’élève Liberté d’organiser le temps entre les 3 thèmes (toutefois, au moins ¼ de l’année pour le thème le plus court) Découpage des 3 thèmes en 18 « items » (soit 1.5 à 2 semaines par item en moyenne)

Thème1 La Terre, planète habitée Les conditions de la vie, une particularité de la planète Terre ? La Terre dans le système solaire: - logiciels (terre 2: planétologie) Les molécules du vivant: mesures de masse avant et après déshydratation, mise en évidence de différentes molécules à l’aide de réactifs spécifiques, étude de ces molécules à partir d’un logiciel Le monde cellulaire: - kit de levures Ade + / Ade -, - cultures de cellules végétales dans des conditions de luminosité différentes, réalisation de préparations microscopiques pour observer la diversité des cellules (pas de matériel humain), mise en évidence d’échanges transmembranaires Information génétique et ADN: expérience de transgénèse (kit APBG sur E.coli) en documents logiciels

Thème1 La Terre, planète habitée La biodiversité Biodiversité des écosystèmes, des espèces, des individus: - sortie - déterminations Organisation commune des Vertébrés: - dissections observation de squelettes de Vertébrés La diversité des allèles et ses modifications au cours du temps (escargots, phalènes): jeux de simulation logiciels de simulation

Thème 2 Energie et sol Le soleil : une source d’énergie essentielle Synthèse de matière organique; bilan photosynthèse; échelle planétaire; biomasse mise en évidence de la production de matière organique dans différentes conditions (!!! Alcool bouillant, penser au bain marie) – il est possible de conserver les feuilles décolorées dans l’alcool mesure de la croissance d’une population de cellules chlorophylliennes observation de cellules chlorophylliennes et mise en évidence des réserves cultures de lentilles d’eau Biomasse enfouie: gisements de pétrole et charbon: sortie sur le terrain identification de restes organiques fossiles dans du charbon ou de la lignite mesure de porosité des roches sédimentaires modélisation de pièges à pétrole expériences de fermentation lente Utilisation des combustibles fossiles et CO2, cycle du Carbone - combustion et dégagement de CO2 Devenir de l’énergie solaire, énergies renouvelables: modélisation des courants de convection couplages des enveloppes atmosphérique et océanique étude d’images satellitaires

Thème 2 Energie et sol Le sol : un patrimoine durable ? Introduction: besoins alimentaires / agriculture sols, concurrence agriculture / photosynthèse, nourriture / combustibles ou agro carburants Formation lente des sols / dégradation rapide; responsabilité humaine; gestion des sols; biomasse du sol: mise en évidence des constituants d’un sol étude de la relation entre roche mère et fraction minérale du sol détermination de la microfaune du sol mise en évidence de son rôle dans la dégradation de la matière organique

Thème 3: exercice physique Des modifications physiologiques à l’effort Consommation de O2 et VO2 max; consommation de nutriments et santé: mesures par ExAO de consommation de O2 pendant l’effort Variation des paramètres physiologiques ; débits cardiaque et ventilatoire + pression artérielle; anatomie adaptée à ces modifications (cœur, circulation) mise en relation effort / échanges respiratoires-fréquence cardiaque: mesures par ExAO, mise en relation fréquence cardiaque / pression artérielle: mesures ExAO ou à l’aide d’un sphygmomanomètre ou d’un tensiomètre de poignet dissection du cœur, modèles anatomiques, maquettes Boucle de régulation de la pression artérielle ; automatisme cardiaque: logiciels (régulation de la PA, simulation du fonctionnement du cœur et de la circulation, de l’appareil pulmonaire) automatisme du cœur d’huitre Mécanique du mouvement et organisation du muscle en lien avec les accidents musculaires et articulaires ; éducation à la santé: dissection d’une cuisse de grenouille, lapin observation microsc. de fibres musculaires Pratiques inadaptées: dopage, exercice intense

Enseignement d’exploration MPS Six thèmes nationaux proposés: Science et aliments Science et cosmétologie Science et investigation policière Science et œuvres d’art Science et prévention des risques d’origine humaine Science et vision du monde

Les thèmes sont traités en interdisciplinarité: mathématiques, physique-chimie et SVT Ils nécessitent autant que possible des groupes restreints Horaire: 1h30 par semaine pour les élèves

Le programme de 1ère S 15 sem. 50% 5 sem. 17 % 33 % 1 - La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant A – Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique (7 sem) B – La tectonique des plaques, l’histoire d’un modèle (8 sem) 2 - Enjeux planétaires contemporains A – Tectonique des plaques et géologie appliquée (2 sem) B – Nourrir l’humanité (3 sem) 3 – Corps humain et santé A – Féminin/masculin (4 sem) B – Variation génétique et santé (3 sem) C – De l’œil au cerveau, quelques aspects de la vision (3 sem)

horaires: 3h par semaine pour les élèves, la répartition entre les heures de cours en classe entière et les groupes restreints est propre à chaque établissement

1. La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant 1-A. Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique (7 semaines)

- utilisation de Rasmol - électrophorèse des hémoglobines A et S Le cycle cellulaire: échelle chromosomique (la mitose) - coloration de racines d’ail au carmin acétique - observation au microscope de racines d’ail + Utilisation de la caméra numérique La réplication semi-conservative: échelle moléculaire - animations sur internet Variabilité génétique et mutations de l’ADN - culture de levures avec action des UV (EPI) - analyse de séquences d’ADN avec Anagène ou Genigen L’expression du patrimoine génétique: transcription, traduction - analyse de séquences d’ADN, ARN et acides aminés avec Anagène ou Genigen - utilisation de Rasmol - électrophorèse des hémoglobines A et S Rôle de l’environnement et du génotype dans l’expression d’un phénotype (exemple: la drépanocytose) - utilisation de banques de données

La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant 1-B. Tectonique des plaques, histoire d’un modèle (8 semaines)

La naissance de l’idée - modélisation d’un séisme avec chaîne EXAO (audacity) - lecture de sismogrammes - identification de la profondeur du Moho (Sismolog, Tectoglob) L’interprétation actuelle des différences d’altitude moyennes entre les continents et les océans - vitesse de déplacement des ondes dans différents matériaux - observation des roches de la croûte à l’oeil nu et avec le microscope polarisant - calcul de la masse volumique des roches des croûtes et du manteau

L’hypothèse d’une expansion océanique réalisation d’un modèle de plancher océanique avec un teslamètre, plusieurs paires d’aimants (voir diapo suivante) http://www.svt.ac-versailles.fr/spip.php?article589 - étude de la répartition de l’âge des sédiments océaniques (carte des fonds océaniques) - divergence au niveau des dorsales (Google Earth) Le concept de lithosphère et asthénosphère - modélisation analogique de propagation des ondes à travers un matériau à des températures différentes - localisation des zones de subduction et distribution des foyers des séismes (Sismolog ou Tectoglob)

Un premier modèle global - modèle de plaques lithosphériques en rotation - étude des alignements de volcans avec Google Earth Le renforcement du modèle par son efficacité prédictive - mise en évidence des mouvements relatifs des plaques à partir des données GPS L’évolution du modèle: le renouvellement de la lithosphère océanique - influence de la vitesse de refroidissement et de cristallisation sur la taille des cristaux

2. Enjeux planétaires contemporains 2-A. Tectonique des plaques et géologie appliquée (2 semaines)

Tectonique des plaques et recherche d’hydrocarbures Recherche de matière organique dans les sédiments Tectonique des plaques et ressource locale Sortie sur le terrain Utilisation de la lithothèque

2. Enjeux planétaires contemporains 2-B. Nourrir l’humanité (3 semaines)

La production végétale : utilisation de la production primaire Un écosystème géré par l’Homme : l’agrosystème - réalisation d’une culture de lentilles avec des doses d’engrais variables - animation flash: gestion des intrants dans un champ de blé - logiciel de simulation de la croissance de spiruline en fonction des paramètres du milieu La production animale Pratiques alimentaires collectives et perspectives globales

3. Corps humain et santé 3-A. Féminin/Masculin (4 semaines)

Devenir femme ou homme Les différences anatomiques, physiologiques et chromosomiques des deux sexes - Dissection de l’appareil génital de la souris La mise en place des appareils sexuels - utilisation d’un logiciel: « Différenciation sexuelle »

Sexualité et procréation Fonctionnement de l’appareil reproducteur masculin et féminin Observation de coupes de testicules, d’ovaire et d’utérus Les méthodes contraceptives Malette avec contraceptifs variés La procréation médicalement assistée

Sexualité et bases biologiques du plaisir L’activation dans le cerveau des « systèmes de récompense » Logiciel « Le système de récompense », « Biologie du plaisir »

3-B. Variation génétique et santé (3 semaines) 3. Corps humain et santé

Patrimoine génétique et maladie: étude d’une maladie génétique Sites internet Perturbation du génome et cancérisation Observation de préparations microscopiques de cellules cancéreuses Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques Possibilité de modéliser un antibiogramme sur: http://acces.inrp.fr/acces/ressources/sante/reponse-immunitaire/ressources/biodyn/antibiogramme

3. Corps humain et santé 3-C 3. Corps humain et santé 3-C. De l’œil au cerveau : quelques aspects de la vision (3 semaines)

Le cristallin , lentille vivante - dissection de l’œil (Œil abattoir Holtzheim, congélation œil de porc) logiciel interactif en 3D: « L’œil » maquette de l’œil Rétine et photorécepteurs - observation microscopique d’une coupe de rétine - logiciel DE VISU (site INRP) pour la vision des couleurs Photorécepteurs et évolution (aspect génétique) - logiciel « Anagène », « Phylogène » Cerveau et vision - participation de plusieurs aires cérébrales (imagerie médicale sur EduAnatomist)

Le programme de 1ère L/ES 10 sem. 33% 33 % Représentation visuelle A. De l’œil au cerveau B. La chimie de la perception 2. Nourrir l’humanité   A. Vers une agriculture durable au niveau de la planète B. Qualité et innocuité des aliments : le contenu de nos assiettes 3. Féminin/Masculin A. Prendre en charge de façon conjointe et responsable sa vie sexuelle B. Devenir homme ou femme C. Vivre sa sexualité

Horaires: 1h30 d’enseignement scientifique pour les élèves (SVT + physique-chimie) La répartition entre cours en classe entière et groupes restreints est déterminée au sein de l’établissement Les élèves ont une épreuve anticipée de bac qui se présente pour une des questions sous la forme d’un commentaire argumenté Les thèmes « Représentation visuelle » et « Nourrir l’humanité » doivent être traités en interdisciplinarité

Le programme de T S 15 sem. 50% 5 sem. 17 % 33 % 1 - La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant A – Génétique et évolution ( 10 sem) B – Le domaine continental et sa dynamique ( 5 sem) 2 - Enjeux planétaires contemporains A – Géothermie et propriétés thermiques de la Terre ( 2,5 sem) B – La plante domestiquée (2,5 sem) 3 – Corps humain et santé A –Le maintien de l’intégrité de l’organisme: quelques aspects de la réaction immunitaire (5 à 6 sem) B – Neurone et fibre musculaire: la communication nerveuse ( 4 à 5 sem)

horaires: 3h30 par semaine pour les élèves la répartition entre les heures de cours en classe entière et les groupes restreints est propre à chaque établissement l’épreuve d’ECE est maintenue mais des changements sont prévus

1. La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant

1-A. Génétique et évolution (10 semaines) Brassage et diversité génétique: méiose, brassages, anomalies, duplications, fécondation - observation au microscope de figures de méiose + caméra numérique, caryotypes, Sordaria (éventuellement), obs microsc de fécondation, dissection testicules du criquet (orséïne), drosophiles. Diversification génétique et des êtres vivants - comparaison de séquences de gènes – Anagene (1 séance) Evolution de la biodiversité - simulations (1 séance) Evolution de l’Homme - crânes fossiles (possible d’emprunter au musée zoologique)– Mesures de volumes – Logiciels – Outils Vie fixée chez les plantes, résultat de l’évolution - coupes de tiges et racines, microscopes, caméras – Cèleri + encre - dissection florale - mesures de surface des feuilles d’un végétal à rapporter à sa masse - mesures de surface d’échange des racines avec le sol (poils absorbants) - observation de stomates et mise en évidence des échanges gazeux - observation de structures de protection de divers végétaux (feuilles à cuticule épaisse, épines, aiguilles, bourgeon du marronnier)

1-B. Le domaine continental et sa dynamique (5 semaines) Caractéristiques du domaine continental: lithosphère continentale, reliefs, épaisseur de la croute sortie terrain logiciels type Sismolog, Radiochronologie (uniquement Rb-Sr) modélisation compression, modélisation de la densité de la lithosphère modélisation isostasie logiciel Airy animation isostasie: http://florimont.info/flash/isostasie.swf

Magmatisme de subduction Convergence et formation de chaînes de montagnes échantillons de roches métamorphiques, ophiolites, lames minces , microscopes polarisants mesures de densité de roches Magmatisme de subduction échantillons de roches (andésites, rhyolites, granodiorites, basalte), lames minces , microscopes polarisants modélisation d’émission de laves de viscosités différentes Disparition des reliefs: érosion modélisation érosion, transport, sédimentation images satellitales, cartes d’un massif montagneux actuel, données GPS - échantillons, lames minces de roches altérées - Info terre: épaisseur et âge des sédiments

2. La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant

2-A. Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (2,5 semaines) Sorties Images satellitales Mesures de conduction (sur barre métallique ou en grès) – convection Modélisation de convection (matériaux de viscosité différente)

2-B. La plante domestiquée (2,5 semaines) Sélection, génie génétique Plantes cultivées et leurs ancêtres (épis de maïs, variétés de pommes, …) Voir sortie scolaire au verger d’étude du lycée agricole d’Obernai Banques de données de séquences d’ADN de différentes variétés ?

3. Corps humain et santé

3-A. Le maintien de l’intégrité de l’organisme: quelques aspects de la réaction immunitaire (5 à 6 semaines) Réaction inflammatoire Observation microscopique de coupe de peau ou autre avec ou sans inflammation (catalogue fournisseur à la rentrée) Immunité adaptative - modèles d’anticorps, Anagene, Rasmol - Ouchterlony, ELISA, billes de latex brucellose, test de grossesse - observation de lames de frottis sanguins Phénotype immunitaire au cours de la vie: mémoire et vaccins

3-B. Neurone et fibre musculaire: la communication nerveuse (4 à 5 semaines) Réflexe myotatique - expérimentation ExAO ou simulation - obs microsc + caméras lames histologiques de fibres nerveuses, nerfs, moelle épinière, ganglions rachidiens - Simulation synapse (animations) De la volonté au mouvement - ExAO et muscles antagonistes (éventuellement) - imagerie médicale aires du cerveau - maquette d’encéphale (avec zones cérébrales) Motricité et plasticité cérébrale Imagerie médicale

Le programme de T S spécialité 10 sem. 33% 33 % 1 - La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant Energie et cellule vivante 2 - Enjeux planétaires contemporains Atmosphère, hydrosphère, climats: du passé à l’avenir 3 – Corps humain et santé Glycémie et diabète

Horaire: 2h par semaine pour les élèves (effectif inférieur à 24 élèves)

Thème 1: Energie et cellule vivante La photosynthèse - synthèse d’amidon dans les chloroplastes - extraction des pigments chlorophylliens et chromatographie ( prunus, feuilles rouges) - utilisation du spectroscope, spectrophotomètre - EXAO: réaction de Hill

La respiration - glycolyse avec des cellules de navet (mise en évidence des oxydoréductions) - EXAO respiration: avec des levures avec des cellules chlorophylliennes avec des mitochondries (cellules de foie) La fermentation - EXAO fermentation alcoolique - réalisation d’une fermentation lactique

ATP - cyclose? - synthèse de l’amidon dans les cellules de pomme de terre (glucose 1 phosphate) - observation microscopique de cellules musculaires (dilacération et coloration au bleu de méthylène cuire la viande)

Thème 2: Atmosphère, hydrosphère, climats Expériences à partir du sulfate de fer ( Fe2+ et Fe3+) Logiciel « Vostock », « SimClimat » (Jussieu), Oxygène Observation de pollens + logiciel « Paléobiome » Reconstitution climatique à partir de Foraminifères + numération Simulation des échanges de CO2 entre atmosphère et hydrosphère - Mesure d’albédo (radiomètre ou luxmètre??) - Mesure d’un indice stomatique - Expérience de précipitation des carbonates - Modélisation de l’effet de serre

Thème 3: Glycémie et diabète - Etude de réactions enzymatiques (prévoir achat d’enzymes amylase, fluka= sigma aldrich) - Rasmol pour site actif enzyme - Expérience du foie lavé (frais) - Extraction du glycogène de cellules de foie (congelé) - Observation microscopique de cellules de foie et de pancréas (normal et diabétique)