Le tournesol volant

Le tournesol volant : projet de dispersion des graines

La nature regorge de plantes bien adaptées répondant de manière fascinante à leurs besoins. Des plantes carnivores sont dotées de mécanismes leur permettant d'enfermer dans des pièges et de digérer des proies riches en azote dans un environnement pauvre en éléments nutritifs. Bien que figées sur place, les plantes sessiles (feuilles, fleurs ou fruits sans pédoncule et insérés directement sur l'axe) font des mouvements qui diffèrent de ceux des animaux. Elles réagissent à la gravité, à la lumière et, dans certains cas, au toucher de manière à promouvoir leur survie. Le mode de reproduction des plantes varie considérablement, mais la plupart des plantes produisent des graines qui se dispersent de diverses manières. Les graines peuvent être considérées comme de petits paquets que les plantes envoient à de nombreux sites. Si les sites conviennent pour la croissance, les graines peuvent alors germer et se développer pour devenir des plantes adultes. Certaines plantes utilisent les animaux pour l'acheminement de leurs graines jusqu'aux divers sites. C'est le cas lorsque des oiseaux mangent des baies en laissant tomber ça et là les graines. D'autres plantes, comme les herbes, diffusent leurs graines ou semences à tous vents. Les graines du cocotier parcourent les océans, colonisant des îles à des milliers de milles de leur point d'origine.

APERÇU GÉNÉRAL : Pour comprendre et apprécier effectivement comment les plantes dispersent leurs graines, les élèves peuvent d'abord mettre au point une «plante» capable de disperser ses graines aussi loin que possible, puis étudier les stratégies de dispersion des graines des diverses plantes. Cet exercice amène les élèves à réfléchir sur les divers mécanismes de dispersion des graines des plantes. À cet égard, les élèves utilisent leurs connaissances en physique, en botanique, en composition écrite, en art et dans d'autres disciplines. Ils utilisent également leurs connaissances en mécanique. L'exercice est indiqué pour le programme de sciences biologiques du niveau 12, avec des ajustements appropriés pour ce niveau. Il faut environ cinq jours pour achever l'exercice ( les habitudes de travail des élèves permettent de déterminer le délai précis). L'exercice est fondé sur l'ouverture d'esprit, car il n'y a pas une réponse exacte unique à trouver. Les élèves travaillent deux à deux pour promouvoir la communication et partager diverses aptitudes en matière de création de mécanismes efficaces.

L'exercice est à faire au début de l'automne, quand de nombreuses plantes sont sur le point de monter en graines. Certaines plantes courantes aux Etats-Unis, disposent de divers mécanismes de dispersion de leurs graines. Il s'agit, entre autres, du laiteron (Asclépias), du cattail (Typa), du pommier (Malus), du cactus (Opuntia et autres espèces), de l'érable (Acer), du chêne (Quercus), de la bardane (Arctium lappa), et du jewelweed (Impatiens). Les graines du jewelweed qui est répandu dans les zones basses humides, sont renfermées dans des cosses. En pressant légèrement les cosses entre le pouce et l'index, celles-ci s'ouvrent et éjectent mécaniquement les graines à distance. Les pommiers et les cactus, tout comme de nombreuses espèces de baies, cachent leurs graines dans un fruit comestible. Les graines passent par le tube digestif d'un animal, très souvent un oiseau, et sont expulsées loin de la plante mère. La bardane donne des fruits qui, à l'instar du velcro, s'accrochent aux toisons et vêtements, ce qui amène les graines à se disperser ça et là. Le fruit de l'érable est muni d'une longue aile et descend jusqu'au sol comme un hélicoptère qui se pose, alors que le chêne compte sur les écureuils pour semer ses glands. Les graines de l'érable et du chêne peuvent être conservées pour usage ultérieur en classe.

Pour l'exercice, il faut :
• un ruban pour prendre les mesures : 50 mètres (164 pieds) ;
• diverses graines et plantes à étudier, de préférence dans leur environnement naturel (tel qu'indiqué ci-dessus) ;
• un espace ouvert, par exemple un terrain de football ou un parking ;
• des graines de tournesol, en quantité suffisante pour que chaque groupe puisse faire quatre essais ;
• de la peinture orange, en quantité suffisante pour peindre toutes les graines de tournesol.

MÉTHODOLOGIE

INSTRUCTIONS AUX ENSEIGNANTS : Décrire le projet et dire aux élèves que l'objectif de l'exercice est de tester leurs capacités dans le domaine de la créativité sur le terrain, afin de les motiver pour qu'ils participent pleinement aux discussions sur les diverses méthodes de dispersion des graines. Différents groupes peuvent s'occuper de divers aspects de la question. Certains élèves peuvent chercher à déterminer comment envoyer le plus loin possible une graine. D'autres peuvent examiner comment envoyer le plus de graines possibles juste à côté de la plante mère. Le plus important est d'amener les élèves à comprendre les diverses possibilités de dispersion des graines d'une plante. A cette fin, il faut explorer de nouvelles approches. Par exemple, certaines plantes produisent davantage de graines pour compenser les insuffisances en matière de dispersion des graines, alors que d'autres disposent de mécanismes très efficaces de dispersion des graines, mais en produisent en faible quantité.

INSTRUCTIONS AUX ÉLÈVES
1. Demander aux élèves de sélectionner des graines des plantes énumérées dans l'aperçu général ci-dessus. Leur donner du temps pour étudier et examiner ces plantes, et pour explorer les stratégies de dispersion de leurs graines. Demander ensuite aux élèves de présenter leurs conclusions sous forme d'articles à publier dans des revues. Les élèves doivent discuter entre eux de leurs projets d'articles, y compris au niveau de l'ensemble de la classe, afin de partager leurs vues avec leurs camarades.

2. Lorsque les élèves ont déjà une connaissance pratique des méthodes de dispersion des graines, ils peuvent s'entendre sur l'approche à adopter en classe pour l'exercice. Ils doivent accorder l'attention à tout ce qui peut influencer les résultats, en particulier les facteurs suivants :
• Hauteur à partir de laquelle la graine est lancée
• La masse de la graine ;
• Les moyens de lancement ; l'aérodynamique de la graine ;
• Le vent ;
• La météo ;
• La façon de mesurer la distance entre la plante mère et le point de chute de la graine ;
• La géographie ;
• Le comportement des animaux dans la zone.

L'établissement de normes permet de mieux conduire l'exercice. Les élèves peuvent proposer autant de règles que possible, par exemple la limitation de la hauteur des plantes à deux mètres (6,6 pieds) pour des raisons de sécurité. La graine de tournesol est une graine idéale à diffuser. Les graines peuvent être peintes d'une couleur orange brillante pour faciliter leur repérage après le lancement.

3. Les élèves doivent mettre au point un barème d'évaluation. (L'enseignant peut faciliter la mise au point de ce barème, en s'assurant que les élèves mettent l'accent sur la communication par l'intermédiaire de revues, utilisent un raisonnement judicieux, justifient et soutiennent leurs idées, leur participation, leur créativité et leurs connaissances sur la manière dont les plantes dispersent effectivement leurs graines dans la nature. L'efficacité du barème est secondaire par rapport à la confiance en eux-mêmes que les élèves renforcent à l'issue de l'exercice).

4. Après ces étapes préliminaires, les élèves peuvent concevoir et mettre au point leurs stratégies. Cela peut prendre un ou deux cours. Les autres exercices sont faits à domicile ou lorsque l'enseignant est disponible. (L'enseignant peut aller d'un groupe à l'autre, en posant des questions, en relevant les suggestions intéressantes et en tirant des enseignants de ce que font les élèves). Les élèves doivent consigner et expliquer leurs idées, leurs essais et leurs observations dans leurs revues, comme le feraient les vrais scientifiques. Ils peuvent illustrer leurs conclusions par des diagrammes et des croquis.

5. Pour développer les aptitudes en communication, les élèves doivent présenter leurs projets en classe avant d'aller faire des essais sur le terrain. (L'enseignant peut demander aux élèves d'estimer la distance à laquelle la stratégie proposée permettra de lancer la graine, d'expliquer le mécanisme retenu et comment la plante peut utiliser ce mécanisme. Certains élèves basent leurs stratégies sur la nature ; d'autres proposent des mécanismes artificiels que l'on ne peut trouver dans aucun environnement, fût-il le plus étrange. Il faut prévoir une période de questions et de réponses).

6. La classe se rend ensuite sur le terrain pour tester les mécanismes proposés. Les élèves décident eux-mêmes du nombre d'essais pour chaque groupe. À l'aide d'un ruban, les élèves désignés à cet effet mesurent la distance entre le point de lancement et le point de chute de la graine. La distance totale parcourue doit également être mesurée, y compris la distance gagnée (ou perdue) à la suite de rebonds ou de glissements. Les vainqueurs (les élèves dont le mécanisme répond le mieux aux critères de succès arrêtés en classe) gagnent un sac de graines de tournesol qu'ils peuvent planter dans les jardins de leurs domiciles respectifs. On peut aussi déterminer le mécanisme «le plus original» ou «le plus proche de la plante».

7. Enfin, les élèves doivent mettre par écrit leurs réflexions sur l'exercice. Ils doivent évaluer leurs propres mécanismes et ceux de leurs camarades, en appréciant par exemple les éléments les plus intéressants des mécanismes et leur pertinence par rapport aux stratégies naturelles des plantes en matière de dispersion des graines. (Note : il importe de maintenir des liens entre les diverses stratégies de dispersion des graines pendant tout le projet. Les élèves ont tendance à oublier l'objectif ultime du projet et à privilégier plutôt l'aspect de compétition. Pour maintenir l'attention des élèves, l'enseignant doit leur poser des questions sur la similitude ou la différence entre leurs mécanismes et ceux des plantes. La préparation d'articles contribue également à la concentration de l'attention chez les élèves).

VULGARISATION : Les élèves du niveau élémentaire peuvent produire ainsi des manuels donnant la liste de diverses plantes et de leurs stratégies de reproduction. Ceux de sixième année peuvent produire leur manuel et en discuter avec ceux de cinquième année. Les élèves les plus anciens peuvent recueillir des plantes et des graines et montrer leurs collections à des plus jeunes. Les différents niveaux peuvent également travailler ensemble.

Pour des cours d'un niveau plus élevé, les élèves peuvent élaborer davantage cet exercice. Par exemple, s'ils s'intéressent à la physique, ils peuvent étudier les aspects du mécanisme du jewelweed relatifs à la physique : quelle est la configuration de la cosse ? quel est le mouvement des graines lorsqu'elles sortent de la cosse ? quelle distance parcourt la graine ? comment se déplace la cosse ?. Les élèves à un niveau plus avancé peuvent calculer la vitesse et l'accélération de la graine lancée pour déterminer l'effort fourni par la plante.

CONCLUSION : Les élèves aiment les projets axés sur l'ouverture d'esprit, comme dans le cas de la dispersion des graines de tournesol. Ils se sentent motivés parce qu'ils doivent concevoir eux-mêmes leurs propres mécanismes et s'approprier ainsi leur travail, dans une large mesure. En outre, l'exercice contribue à promouvoir de nombreuses normes dans le domaine de l'enseignement des sciences (selon le National Research Board, 1996). L'exercice demande des investigations, car il y a un problème à résoudre.
À cette fin, les élèves doivent mettre au point et conduire des investigations. L'exercice est aussi centré sur les élèves, car ce sont les apprenants eux-mêmes qui doivent trouver une solution au problème de la dispersion des graines, sans reprendre les solutions proposées par l'enseignant.

Les critères d'évaluation des projets sont arrêtés avec la contribution des élèves et de manière démocratique. L'accent est mis sur le raisonnement scientifique, tel qu'exprimé oralement et par écrit, et sur l'application des connaissances tirées de l'observation. L'exercice peut être facilement adapté pour répondre aux normes nationales et à l'âge des apprenants concernés.

RESSOURCES DES ÉLÈVES : Bix, C. 1982. How seeds travel. Minneapolis : Lerner. Caduto, M., and J. Bruchac. 1994. Keepers of life : Discovering plants through Native American stories and earth activities for children. Golden, Colo. : Fulcrum. Hunken, J. 1994. Ecology for all ages : Discovering nature through activities for children and adults. Old Saybrook, Conn. : Globe Pequot. Katz, A. 1986. Naturewatch : Exploring nature with your children. Reading, Mass. : Addison-Wesley. Lauber, P. 1981. Seeds, pop, stick, glide. New York : Crown.

RÉFÉRENCE : National Research Board. 1996. National Science Education Standards. Washington, D.C. : National Academy Press.

AUTEUR : Douglas J. Buege
Douglas J. Buege est enseignant stagiaire à la Faculté d'éducation de l'Université du Wisconsin à Madison, dans l'Etat du Wisconsin. Ancien enseignant de philosophie, il est professeur certifié de philosophie et de biologie des établissements d'enseignement secondaire. Il s'intéresse à l'élaboration de programmes d'enseignement de la philosophie et de l'histoire de la science dans le cadre des cours de biologie. C'est un exemple de cosse de graines de laiteron : mécanisme prêt à lancer des graines.

SOURCE : Science Activités 35, No4, 10-12 Wint'99. L'éditeur de la revue est le détenteur des droits d'auteur du présent article qui est reproduit avec sa permission.