Université d'été « Enseigner les sciences à l'école primaire »

Le corps humain

Animateurs : François Lusignan, École des sciences, Bergerac Jack Guichard, IUFM de Paris
Observateur : Gabriel Mouahid, IUFM de Montpellier

L'atelier sur le corps humain a traité de l'origine du mouvement en prenant comme exemple les mouvements de flexion et d'extension de l'avant-bras. Environ trente stagiaires ont suivi l'atelier. Ils étaient répartis en deux groupes (A et B). Chaque groupe, formé de 15 stagiaires, a suivi 7 heures de travail en atelier réparties ainsi : deux séances de travail de trois heures chacune et une séance de bilan d'une heure. Ainsi, les animateurs ont animé le même atelier deux fois de suite. Pour la clarté du rapport, on appellera " petit groupe ", un groupe de 4 à 5 stagiaires qui ont travaillé ensemble pendant toute la durée de l'atelier, et on appellera " grand groupe " le groupe de 15 stagiaires A ou B.
Il sera d'abord traité du déroulement de l'atelier tel qu'il a eu lieu, en tenant compte des réalisations des deux groupes. Cette synthèse est rapportée de façon linéaire sous forme de phases interconnectées. Les différences dans le processus des activités notées entre le groupe A et le groupe B y sont évoquées. Il sera ensuite abordé l'investissement des stagiaires dans les activités proposées à chaque groupe et de l'interaction entre les stagiaires. Sera également commenté le rôle des animateurs dans la gestion du travail des stagiaires du point de vue de la diversité, des remarques, des interrogations et difficultés qui se sont présentées puis viendraun complément scientifique et, dans la dernière partie, des propositions de séquences sur le sujet pourront constituer une aide à la construction des séances de classe avec les élèves.

Déroulement de l'atelier

Préparation de l'atelier (»10 minutes)

Les animateurs ont présenté rapidement le contenu de l'atelier en insistant sur la part importante qui revient à la méthodologie par investigation/structuration et au cahier d'expériences qui va accompagner les stagiaires pendant toute la durée des séquences stage. Par la suite, chaque stagiaire s'est présenté, a justifié pourquoi il avait choisi l'atelier " corps humain " et a exprimé ses attentes.

Phases de déroulement de l'atelier

Phase I - Les représentations des élèves (»15 minutes)

Présentation et commentaire d'une série chronologique de transparents présentant des productions d'élèves des cycles I, II et III. L'objectif des animateurs était de montrer l'importance de connaître les représentations des élèves pour proposer des situations pédagogiques adaptées.

  • Le squelette Au cycle I, la vision de l'appareil squelettique n'est pas intégrée dans l'image globale du corps. Elle est limitée à une figuration non structurée des os sans aucune fonctionnalité pour la réalisation des mouvements. Au cycle II, la vision du corps dans son ensemble est présente et le squelette apparaît comme une structure qui soutient le corps, sans cependant permettre le mouvement. On trouve également des représentations où l'on voit bien l'allure générale du squelette mais le nombre et la disposition des os au niveau des membres n'est pas très favorable au mouvement.

  • Le système os/muscle Au cycle II, le membre antérieur est représenté avec la chair contenant des os et parfois on trouve des représentations avec trois éléments : la chair, les os et les muscles. Les relations muscle/os et muscle/chair ne sont pas établies et constituent un véritable obstacle. Au cycle III, les élèves ont une image plus structurée et proposent un modèle fonctionnel qui mentionne trois éléments : les os, les muscles et les articulations.

Phase II - Les représentations du mouvement chez les stagiaires (»10 minutes)

Consigne : " Représentez par deux dessins les structures qui entrent en jeu dans un mouvement de flexion et dans un mouvement d'extension de l'avant-bras. Travaillez d'abord individuellement sur votre cahier d'expérience, puis en groupes ".

Remarque : durant cette phase, les stagiaires se servent de l'observation directe de leur propre corps pour parfaire leur dessin. On note un souci de précision aussi bien dans la structure des organes représentés que dans leurs proportions. Parmi l'ensemble des stagiaires, tous groupes confondus, seul un stagiaire a eu recours au schéma en représentant par des traits les différents segments du membre antérieur.

Phase III - Les représentations à l'émergence du questionnement (»5 minutes)

Pendant la période de l'exécution du dessin, les stagiaires étaient dans une bonne situation pour mener une réflexion. Ils se sont posés un certain nombre de questions qui leur a permis de préciser leur vision du mouvement de l'avant-bras. Les questions ont été discutées au sein du groupe pour être reformulées selon les besoins réels des stagiaires, puis notées au tableau dans rubrique intitulée " Questions/Problèmes ".

Voici la liste exhaustive des questions qui ont été relevées dans chacun des deux groupes de stagiaires :

Groupe A

  1. Y a-t-il une rotule dans le coude ?
  2. Quelles sont les zones d'insertions des muscles ?
  3. Quelle différence y a-t-il entre ligament et tendon ?
  4. Quel est le nombre de muscles impliqués dans le mouvement de l'avant-bras ?
  5. Quand le muscle travaille, est-ce qu'il tire ou est-ce qu'il pousse ?
  6. Comment les muscles savent-ils ce qu'ils ont à faire ?
  7. Comment les informations arrivent-elles aux muscles ?
  8. De quoi dépend la force d'un muscle ?
  9. Est-ce que les muscles nourrissent les os ?

Groupe B

  1. D'où vient l'ordre du mouvement ?
  2. Quels sont les points d'attache des muscles ?
  3. Quels sont les points d'attache des ligaments ?
  4. Quels sont les noms des muscles et des os qui sont en jeu ?
  5. Quelle est la forme de la butée au niveau du coude ?
  6. Quel(s) muscle(s) travaille(nt) ?

Remarque : habituellement, les représentations sont examinées par l'enseignant pour lui permettre de diagnostiquer le niveau des élèves ainsi que les obstacles qui sont susceptibles de venir s'opposer à l'apprentissage. Dans le cas présent, les animateurs amènent les stagiaires à s'appuyer sur leur propres représentations afin d'élaborer un questionnement, dont certaines questions vont constituer l'essentiel des activités de l'atelier.

Phase IV - Recherche des différents moyens d'investigation (»10 minutes)

Les stagiaires ont été sollicités pour déterminer les moyens et les outils susceptibles de les aider à trouver des réponses. Voici les différentes propositions des groupes A et B, présentées dans l'ordre de leur utilisation :

L'observation directe sur soi-même ou sur le voisin

Cette méthode d'approche fait appel à l'utilisation de ses organes des sens pour se construire une image assez proche de la réalité, de la structure et éventuellement du fonctionnement de certains organes externes de notre corps. Les manifestations externes de nos organes internes sont également très utiles dans certaines études (battements cardiaques, mouvement respiratoire, sudation, etc.).

La modélisation à l'aide d'une maquette

Il s'agit de simuler la réalité pour mieux comprendre sa structure et sa fonction. Ce type d'approche est très utile lorsqu'on a des difficultés à manipuler le réel, comme c'est le cas de l'étude du mouvement de l'avant-bras chez l'homme (la dissection n'étant pas praticable).

Le travail de dissection

Il s'agit ici de travailler sur des pièces de boucherie comme, par exemple, les cuisses de poulet, de lapin et/ou les cuisses de grenouilles d'élevage. Les élèves sont habitués à ce genre de matériel biologique qui constitue une source alimentaire courante à leur domicile. En aucun cas, la dissection d'animaux vivants n'est autorisée en classe. On prendra aussi garde aux animaux menacés de disparition et donc protégés par la loi que sont les amphibiens sauvages. La dissection vient aider le travail d'observation sur soi-même ou sur le voisin. Elle nécessite, bien entendu, un effort de représentation mentale pour faire l'analogie entre les structures disséquées et celles de son propre corps.

La recherche documentaire

Il s'agit de chercher les réponses aux questions qui se sont posées, à l'aide de documents à caractère scientifique, médical et pédagogique comme des revues, des ouvrages, des radiographies, un écorché, etc.

Remarque : quelques stagiaires avaient formulé le besoin de faire le travail de dissection avant le travail de modélisation.

Durant cette phase, une discussion s'est engagée sur la définition de ce que l'on entend par " le travail du muscle " et sur la détermination de la durée pendant laquelle le muscle travaille. Les stagiaires se sont entendu sur l'idée de " contraction " comme l'état du muscle en pleine activité, par opposition au " relâchement " qui constitue son état de repos. Bien entendu, tout le monde est convaincu que pendant le relâchement, le muscle continue à travailler a minima pour assurer le tonus musculaire.

Voici une classification des questions selon le mode de résolution proposé par les stagiaires de chaque groupe :

Groupe A

Questions / ProblèmesMode de résolution

Y a-t-il une rotule dans le coude ? (Question 1)

Recherche documentaire

Quels sont les zones d'insertions des muscles ? Quel est le nombre de muscles impliqués dans le mouvement de l'avant-bras ? De quoi dépend la force d'un muscle ? (Questions 2, 4, 8)

Modélisation à l'aide d'une maquette

Quels sont les zones d'insertions des muscles ? Quelle différence y a-t-il entre ligament et tendon ? (Questions 2, 3)

Dissection

Quel est le nombre de muscles impliqués dans le mouvement de l'avant-bras ? Quand le muscle travaille, est-ce qu'il tire ou pousse ? (Questions 4, 5)

Observation directe

Groupe B

Questions / ProblèmesMode de résolution

Quels sont les noms des muscles et des os qui sont en jeu ? (Question 4)

Recherche documentaire

Quels sont les points d'attache des muscles ? Quelle est la forme de la butée au niveau du coude ? (Questions 2, 4)

Modélisation à l'aide d'une maquette

D'où vient l'ordre du mouvement ? Quels sont les points d'attache des muscles ? Quels sont les points d'attache des ligaments ? Quelle est la forme de la butée au niveau du coude ? (Questions 1, 2, 3, 5)

Dissection

D'où vient l'ordre du mouvement ? Quel(s) muscle(s) travaille(nt) ? (Questions 1, 4)

Observation directe

Phase V - Phase de recherche des réponses

C'est la phase d'investigation proprement dite et la plus longue. Dans chaque grand groupe, les stagiaires ont été répartis en petits groupes homogènes, de quatre à cinq stagiaires. Au sein de chacun d'entre eux, un stagiaire a été désigné comme rapporteur. Ce rôle est joué par une personne qui a un bon niveau en biologie comme par exemple les enseignants en sciences de la vie et de la terre du second degré. Le rapporteur est chargé de présenter la démarche du petit groupe au grand groupe. L'objectif était qu'un véritable travail d'investigation soit entrepris par les autres membres du petit groupe, non-spécialistes.

L'observation directe sur soi-même ou sur le voisin (»20 minutes)

Pendant cette étape, les stagiaires sont sollicités pour faire appel à la perception visuelle ainsi qu'au toucher pour compléter et corriger leur dessin. Chaque stagiaire doit ensuite confronter sa vision à celles des membres de son groupe et participer à l'élaboration définitive d'un dessin synthétique et fonctionnel. Durant cette phase, certains stagiaires ont procédé à des mesures de longueur et de périmètre des structures musculaires du bras, à l'aide d'un mètre de couturière. Les animateurs ont communiqué avec les différents groupes suivant les sollicitations. Ce type d'échange a permis aux animateurs d'avoir plus d'informations sur les stratégies de résolution choisies par les stagiaires.

Présentation des résultats (»30 minutes)

Dans cette phase de mise en commun, chaque petit groupe s'est exprimé par l'intermédiaire de son rapporteur et une discussion intense s'est engagée en grand groupe. Voici les principales idées retenues par les stagiaires : -seuls deux muscles du bras interviennent dans le mouvement de flexion de l'avant-bras. Ils travaillent ensemble de façon antagoniste ; -le muscle en position ventrale s'appelle le biceps et celui en position dorsale s'appelle le triceps ; -lorsqu'un muscle se contracte, il se raccourcit et lorsqu'il se relâche, il s'allonge. (Cela explique les mesures de la longueur du biceps effectuées par certains stagiaires pour démontrer ce phénomène) ; -les muscles du bras sont attachés à l'avant-bras mais la zone d'insertion est difficile à déterminer. Durant cette discussion, les stagiaires ont insisté sur l'importance de connaître les zones d'attaches des muscles. Ils ont noté que, pendant l'activité de perception, il est difficile de savoir s'ils touchent un tendon, un ligament ou un nerf... De nouvelles questions ont surgi : - est-ce que les muscles de l'avant-bras travaillent également pendant le mouvement de flexion de l'avant-bras ? En effet, certains stagiaires ont noté que pour augmenter le durcissement du biceps, pendant la flexion, il suffit de fermer le poignet de façon énergique ce qui fait contracter les muscles de l'avant-bras. - Quel est le nombre de muscles de l'avant-bras ? - Où se trouve, dans notre corps, le centre volontaire du mouvement des muscles ?

Remarque : la discussion s'est engagée sur différents points

a) La mesure du périmètre de l'avant-bras, pour démontrer le " gonflement " du biceps lors de sa contraction, et la mesure de sa longueur, pour démontrer son raccourcissement. Les deux groupes ont confirmé la non-validité de ces deux types de mesure puisqu'il est impossible d'isoler le biceps pour mesurer les deux paramètres.
b) L'utilisation du terme " gonflement " porte à confusion car on peut penser qu'il y a addition de matière ce qui n'est pas le cas. Il y a plutôt une redistribution de la masse musculaire. L'idée retenue est de parler simultanément de raccourcissement et de gonflement.

La modélisation (»40 minutes)

Il s'agit ici de mettre le dessin synthétique de chaque petit groupe à l'épreuve. Pour cela, les stagiaires ont été incités à réaliser une maquette représentant leur modèle pensé, voire sa fonctionnalité. Pour réaliser ce travail, les stagiaires disposent du matériel suivant : une ficelle pour rôti, des attaches parisiennes, du carton d'emballage mou et dur, du ruban adhésif, des ballons de baudruche, des élastiques, des paires de ciseaux, des cordelettes, des trombones, des punaises, deux petites planches en bois (linteaux de 18 mm d'épaisseur) reliées par une charnière.

Remarques :

a) Il est intéressant de noter que les stagiaires se saisissent du matériel et commencent immédiatement la construction. Aucune mise au point préalable n'est faite avant la manipulation. La phase de réflexion se fait pendant la construction du modèle.
b) Pendant cette phase de travail, les stagiaires manifestent un grand plaisir
à manipuler et à construire. La discussion est permanente au sein du petit groupe avec des allers retours entre le modèle en construction et le schéma synthétique. Aucune demande d'aide n'a été formulée à l'égard des animateurs. On peut donc se réjouir de ce que cela peut induire chez les élèves.

Présentation des résultats (»60 minutes)

Dans le groupe A, les stagiaires ont affiché leurs dessins synthétiques au tableau et ont présenté leurs modèles en expliquant le principe de fonctionnement, ce qu'il a permis de construire comme savoir, ainsi que ses limites.
Dans le groupe B, les stagiaires devaient commenter et expliquer la modélisation de leurs camarades.

Ce changement, voulu par les animateurs, a permis aux stagiaires de se rendre compte des écarts de lecture des documents : " Ce que l'on représente et ce que l'on veut dire n'est pas toujours forcément perçu par les autres de la même manière ". D'où la nécessité de légender convenablement son dessin, lui donner un titre clair et de noter dans un texte court le principe de fonctionnement.

Les stagiaires ont apprécié cet exercice en notant qu'il est important qu'un modèle proposé par x puisse être construit de façon précise par y. Ils ont également soulevé l'importance de cet exercice dans la structuration du langage oral chez les élèves.

Cinq dessins et cinq modèles ont été affichés, exposés et commentés dans chacun des groupes A et B. La plupart des modèles exposés sont constitués de deux segments rigides.

Le premier représente l'humérus (os du bras) sur lequel les stagiaires ont placé les deux muscles antagonistes (biceps et triceps) et le deuxième segment représente le couple cubitus / radius. Seul un modèle a tenu compte du rôle des os de l'épaule dans l'insertion du biceps et du triceps.

Les stagiaires ont longuement discuté les avantages et les inconvénients de l'utilisation de la ficelle, du ballon de baudruche ou de l'élastique dans la représentation de la musculature par rapport aux obstacles qu'ils peuvent induire chez les élèves. L'utilisation des ballons de baudruche a obligé les stagiaires à utiliser la ficelle pour les insérer aux os. Cette contrainte a probablement favorisé la compréhension du concept de tendon. Après cette discussion générale, voici les principales idées retenues par les stagiaires comme constituant des avancées :

  • Le biceps est forcément attaché à l'avant-bras du côté ventral sinon le mouvement de flexion ne peut avoir lieu.
  • Le triceps est également attaché à l'avant-bras mais, côté dorsal. Il nécessite la présence d'une gouttière pour éviter son déraillement permanent pendant la contraction.
  • Le biceps et le triceps sont forcément relié aux os de l'épaule.
  • Une butée au niveau de l'articulation du coude est nécessaire.
  • Même si la fonctionnalité du modèle reste imparfaite, celui-ci a permis d'améliorer le schéma selon les remarques des stagiaires.

Les stagiaires ont noté que l'activité de modélisation leur a permis de proposer des points d'attache des muscles et surtout qu'elle a favorisé la construction des apprentissages par l'exploration. Cependant, elle ne leur permet toujours pas de distinguer les termes de tendons, ligaments et nerfs et la question reste posée. Les stagiaires ne savent pas non plus si c'est l'humérus ou le couple cubitus/radius qui joue le rôle de la butée.

Remarque : à ce moment du déroulement de la séance, une stagiaire a fait remarquer qu'elle avait des difficultés à s'intégrer dans la démarche proposée par les animateurs, qu'elle a compris maintenant la méthodologie et qu'elle ressent le besoin de faire appel à la dissection.

La dissection (»60 minutes)

Consigne : " Identifier les muscles antagonistes qui interviennent dans le mouvement, localiser les insertions des muscles, identifier les tendons, les ligaments et éventuellement les nerfs, montrer la relation muscle/os, puis réaliser un dessin sur votre cahier d'expérience".

Pour mener à bien ce travail, les stagiaires disposent d'un matériel biologique acheté dans une boucherie à quelques pas du lieu du stage et d'un matériel à dissection très modeste : ailes de poulet, patte postérieure du poulet, patte postérieure du lapin, pattes postérieures de grenouille, plateau à dissection, une paire de pinces, des paires de ciseaux, des serviettes en papier.

Remarque : Le matériel biologique a coûté environ 100 francs et il faut noter qu'un sachet de cuisses de grenouilles congelées est constitué de plusieurs pièces (»25 pièces) ce qui permet à chaque stagiaire de s'exercer et de travailler individuellement s'il le souhaite.

Les stagiaires ont travaillé au sein de leur petit groupe. Certains démarrent la dissection sans se poser trop de questions, alors que d'autres réfléchissent et tentent de se mettre d'accord pour éviter de découper une structure qui serait importante pour la suite. Pendant toute la durée de la phase de dissection, les stagiaires ont essayé de construire une image claire et fonctionnelle de la structure muscle/os. La discussion est permanente au sein du petit groupe avec quelques sollicitations des animateurs. On peut noter que dans chaque groupe, un ou une stagiaire prend les devants et réalise la dissection pendant que les autres observent, discutent, posent des questions et guident la dissection.

Présentation des résultats (»40 minutes)

La présentation des résultats s'est faite sur écran avec l'aide d'une caméra et d'un vidéo projecteur. Un stagiaire s'est chargé de la réalisation. Chaque petit groupe a présenté et a commenté les résultats de sa dissection. Après la présentation générale, et même si la réalité est plus complexe que le modèle proposé, voici les principaux résultats obtenus par les stagiaires :

  • Les tendons sont des structures nacrées, très solides situés aux extrémités des muscles.
  • Les muscles sont attachés aux os par l'intermédiaire des tendons.
  • Les ligaments sont des structures solides dont le rôle est de consolider l'articulation.
  • Le mouvement de l'avant-bras se fait de part et d'autre de l'articulation.
  • La butée de l'articulation du coude est assurée par les os de l'avant-bras.
  • Il existe, sur l'os, une rainure qui permet au tendon du triceps d'éviter un déraillement.
  • Les nerfs, situés en profondeur, accompagnent les muscles sur toute la longueur du membre.

Remarques :

a) Tout le monde était conscient de l'effort à réaliser pour faire l'analogie entre la dissection du membre postérieur et l'anatomie du membre supérieur.
b) Le membre postérieur de la grenouille est plus pratique, les structures sont plus simples et la paire de muscles antagonistes est facile à mettre en évidence au niveau de la jambe.
c) Le nerf sciatique est facile à voir : on peut suivre sa ramification dans la jambe et se rendre compte de sa fragilité (contrairement aux idées reçues).
d) L'observation, in situ, des ligaments croisés du genou chez le poulet et le lapin, a été un moment de satisfaction qui a fait réfléchir certains stagiaires sur la violence des chocs qui, dans une activité sportive, peuvent provoquer leur rupture.

La recherche documentaire (»30 minutes)

Les documents qui ont été exposés aux stagiaires sont constitués d'un squelette du membre antérieur humain, de livres scolaires " Sciences et Technologie cycle III ", " SVT classe de 5ème ", des planches anatomiques et un document audiovisuel sur les mouvements corporels publié par Delagrave, Capillon, Le Pommier, le CNDP et La main à la pâte.

Interactions stagiaires-animateurs

Quel que soit le groupe A ou B, un très bon esprit de collaboration a régné pendant toute la durée de atelier. Chaque partenaire connaissait son rôle et ce rôle a été bien compris et partagé avec les autres partenaires.

Rôle des stagiaires

Investissement des stagiaires

Les stagiaires ont suivi les six heures d'atelier de façon très volontaire, leur investissement et leur implication étant exemplaires. Il a régné un bon esprit de coopération et de camaraderie qui a facilité le travail des animateurs. Les stagiaires n'ont jamais cessé de placer leurs activités dans l'environnement classe et de penser aux élèves et à leurs besoins. Par exemple, ils ont souligné que le matériel prévu pour la réalisation de la maquette ne posait pas de problèmes de sécurité particuliers pour les élèves. Par contre, le travail de dissection risque d'être dangereux et ils ont proposé que l'enseignant fasse lui-même la dissection devant les élèves, lesquels réalisent ensuite un travail d'observation, d'interprétation et de représentation par un dessin ou un schéma sur leur cahier d'expériences. Certains stagiaires ont souligné le fait qu'au début, ils avaient du mal à s'intégrer dans la démarche de la main à la pâte pour la simple raison qu'ils n'ont pas vécu cette expérience. Leur patience leur a été très bénéfique. Il faut noter également que par rapport à l'ordre des étapes d'investigation choisi par le groupe, certains stagiaires ont accepté l'opinion générale du grand groupe alors qu'ils avaient, par exemple, besoin de faire le travail de dissection avant d'aborder celui de la modélisation.

Communication entre les stagiaires

Les échanges intra-groupes et intergroupes ont été courtois et constructifs et cela pour le bien des non-spécialistes. On peut également noter qu'un grand effort a été déployé par les stagiaires du groupe B vis-à-vis des stagiaires hongroises. Les explications ont été faites doucement et clairement pour faciliter la tâche de la traductrice. Durant la phase de synthèse, beaucoup de stagiaires ont soulevé le problème de l'utilisation de la démarche la main à la pâte en classe et de son impact positif sur la structuration des langages chez les élèves. Ils ont également discuté de la manière idéale pour faire partager leur expérience une fois de retour dans leur circonscription.

Démarche des animateurs

Les animateurs ont proposé une série d'activités scientifiques dans lesquelles les stagiaires ont été placés dans des situations d'investigation pour comprendre les mouvements corporels. Les activités ont été conçues avec les stagiaires autour des mouvements d'extension et de flexion de l'avant-bras selon l'itinéraire suivant : - des représentations à la formulation des problèmes, - des problèmes aux moyens d'investigation, - des apports de chaque moyen d'investigation, - du bilan des activités à la généralisation. Les consignes ont été formulées oralement de façon très claire. Derrière chaque activité se cache un ou plusieurs objectifs bien identifiés. Aucun animateur ne s'est livré à un discours savant et théorique sur les mouvements corporels. Tout était organisé au service de la méthodologie de recherche et les stagiaires étaient dans le faire pour construire. De très légères modifications se sont produites entre les activités proposées au groupe A et au groupe B. Les animateurs n'avaient pas à gérer de conflits et les stagiaires spécialistes ont très vite compris comment ils pouvaient jouer un rôle positif au sein de leur groupe. Leur participation a été bénéfique aux animateurs.

Compléments scientifiques

Le corps en mouvement, par Jack Guichard (IUFM de Paris)

Les mouvements du corps sont dus à la contraction des muscles qui entraînent une rotation des os de part et d'autre des articulations. Par exemple, le mouvement d'un bras ou celui de la marche résultent de la combinaison de mouvements de flexion et d'extension des membres.

Le squelette

Il assure le soutien du corps et lui donne sa forme générale, mais il a surtout un rôle fondamental dans le mouvement. Le squelette peut se mouvoir grâce aux articulations entre les os. Le squelette de l'être humain est formé de 206 os. Ils représentent 1/5ème du poids de notre corps. Le plus long est le fémur dans la cuisse, le plus court est l'étrier qui se trouve dans l'oreille. L'os est un tissu vivant dont les cellules (les ostéoblastes) et la matière se renouvellent en permanence, bien que plus lentement chez les individus âgés. Cette idée n'est pas évidente pour les élèves mais ils peuvent s'en persuader en observant et comparant des radiographies de fracture avant et après consolidation. L'os contient aussi de la moelle, laquelle comporte en particulier les cellules qui donnent naissance aux globules du sang.

Les articulations

Elles sont le point de jonction entre les os. Beaucoup sont mobiles (au niveau des membres) mais certaines sont fixes (entre les os du crâne) ou semi-mobile (entre les vertèbres). Notre squelette peut se mouvoir grâce aux articulations entre les os. Ces dernières permettent des mouvements différents selon leur forme : - celles de forme sphérique, comme celle de l'épaule et de la tête du fémur sur le bassin, permettent de pivoter le bras ou la jambe dans presque toutes les directions ; - celles en forme de charnière, comme le coude ou le genou, permettent au bras et à la jambe de ne bouger que dans un plan. Les articulations sont tapissées d'un cartilage articulaire lisse et très dur. Elles contiennent un liquide, la synovie, qui facilite le glissement des cartilages l'un contre l'autre. Les os sont solidement liés entre eux par une capsule articulaire fibreuse, élastique et très résistante présentant de nombreux épaississements, les ligaments articulaires. Un faux mouvement, une chute, un effort violent peuvent étirer ou déchirer les ligaments qui maintiennent une articulation : elle enfle rapidement, c'est l'entorse. Pour qu'elle se rétablisse, il faut en général la maintenir au repos avec un bandage serré pendant plusieurs semaines.

Les muscles

Les muscles sont les organes qui permettent les mouvements. Notre corps possède 639 muscles ce qui représente la moitié de notre poids. La marche met en jeu une centaine de muscles différents. Les muscles sont attachés aux os par les tendons de part et d'autre des articulations. Contrairement à une idée reçue, les points d'insertion des tendons des deux extrémités d'un muscle sont donc toujours sur 2 os différents. Les muscles se contractent en se raccourcissant, ce qui déplace les os auxquels ils sont attachés. Lorsqu'un muscle se contracte, il se raccourcit et fait pivoter les os du squelette autour de l'articulation. Dans le même temps, le muscle antagoniste se relâche. Les os se déplacent passivement comme de simples leviers.

Au niveau des membres, les muscles fléchisseurs rapprochent les segments, les muscles extenseurs les éloignent. Les muscles antagonistes travaillent en opposition lors d'un même mouvement.
Lors de la flexion du bras, le biceps se contracte, il gonfle et se durcit, il se raccourcit et tire sur le radius, le faisant pivoter autour de l'articulation du coude. En même temps, le muscle antagoniste, le triceps, se relâche.
C'est l'inverse pour l'extension du bras : le triceps est attaché à l'extrémité du cubitus (à la saillie du coude) sur laquelle il tire en se contractant pour tendre le bras. Le biceps se relâche pendant ce temps. Par contre, si nous donnons un coup de marteau, c'est le triceps qui entraîne l'extension du bras. Si nous relevons lentement le marteau, alors que le rebond du marteau tend à accélérer le mouvement, c'est le biceps qui freine le mouvement. Le biceps doit son nom au fait qu'il possède 2 portions (ou chefs) qui se terminent en 2 points d'insertion à la partie supérieure de l'omoplate, alors que le tendon inférieur vient s'insérer sur le radius. Il est d'ailleurs doublé dans son action par un second muscle, le brachial antérieur. Le triceps est divisé dans sa partie supérieure en 3 chefs, l'un s'insérant sur l'omoplate et les deux autres sur la partie supérieure de l'humérus. Quant à la partie inférieure, elle se termine en un seul tendon qui passe sous le coude pour s'insérer sur l'olécrane (extrémité du cubitus).

Ce sont les commandes nerveuses qui permettent la synchronisation des mouvements des muscles antagonistes. Les mouvements et le maintien en position debout ne sont possibles que par l'action de nombreux muscles et de nombreuses commandes nerveuses. Même au repos, nos muscles restent légèrement contractés : cette contraction permanente et presque imperceptible est le tonus musculaire.

Il existe trois sortes de muscles :

  • Les muscles de couleur rouge : la plupart, les muscles squelettiques, s'insèrent sur les os.
    Les autres, les muscles peauciers, sont sous la peau. Ces muscles peuvent obéir à la volonté, ce sont les muscles de la vie de relation. Ce sont eux que l'on mange dans la viande de boucherie.
  • Les muscles de couleur blanche forment les parois des viscères (intestin et estomac, canaux urinaires et vessie, canaux et vésicule biliaire, artères). Leur contraction assure la progression des substances nutritives, de l'urine ou du sang. Ils n'obéissent pas à la volonté, ce sont les muscles de la vie de nutrition. En boucherie, ce sont les tripes, par exemple.
  • Le muscle cardiaque, dont le fonctionnement est automatique, même s'il est régulé par l'action du système nerveux. Bien que de couleur rouge, il a une structure différente de celle des muscles squelettiques.

Les muscles sont formés de fibres musculaires qui se contractent (se raccourcissent) à la suite de la stimulation par une terminaison nerveuse. Les fibres sont elles-mêmes constituées de myofibrilles qui glissent les unes conte les autres pour permettre à la fibre musculaire de se raccourcir. Cette contraction active utilise de l'énergie fournie par la respiration cellulaire, grâce aux glucides (sucres) et à l'oxygène apporté par le sang, d'où l'augmentation des rythmes respiratoire et cardiaque lors des efforts physiques. Les déchets produits (dioxyde de carbone, acide lactique, urée) sont transportés par le sang vers les poumons et les reins où ils sont rejetés. Ces fibres sont regroupées en petits faisceaux, eux-mêmes regroupés en grand faisceaux. C'est ce qui donne l'aspect " persillé " de la viande de boucherie. Ces faisceaux sont entourés d'une enveloppe conjonctive cloisonnée où passent les vaisseaux sanguins et des filets nerveux. Ce sont ces enveloppes conjonctives que les enfants redoutent en mangeant de la viande et qu'ils appellent à tort " les nerfs de la viande ". L'ensemble de ces enveloppes conjonctives se regroupent en formant les tendons élastiques et résistants qui s'insèrent sur les os. Un claquage est une rupture des fibres d'un muscle lors d'un faux mouvement ou un effort physique trop violent. Le muscle se cicatrisera tout seul, mais lentement. Il faut le laisser au repos pendant quelques semaines.

Actes de l'université d'été - Enseigner les sciences à l'école primaire

Mis à jour le 12 mai 2011
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