Idées de leçons de biologie interactives (SVT)

Ces idées de leçons de biologie interactives transforment dix simulations gratuites en activités courtes et ciblées, des cellules végétales et animales à l'immunité collective. La biologie pose deux problèmes que les simulations résolvent bien. Beaucoup de processus sont trop petits pour être observés, comme l'eau qui traverse une membrane ou un ribosome qui lit un codon. D'autres sont trop lents, comme une population qui évolue sur cinquante générations ou des renards et des lapins qui oscillent pendant des décennies. Une simulation comprime les deux en quelques minutes, et les élèves peuvent changer un facteur puis relancer. Chaque idée ci-dessous donne le niveau, une question directrice, les étapes et le résultat que les élèves doivent atteindre, avec des valeurs vérifiées dans la simulation. Toutes fonctionnent sur Simulic à partir d'un lien ou d'un QR code, et les élèves n'ont jamais besoin de compte.

Pour les routines générales de classe, consultez comment utiliser des simulations interactives en classe. Ce guide va plus loin sur le contenu de biologie et prend ses exemples dans d'autres simulations.

Cellules et transport

1. Qu'a une cellule de feuille que n'a pas une cellule de joue ?

De la 6e à la 5e · Structure des cellules végétale et animale

Question directrice : Quelles parties cellulaires toutes les cellules partagent-elles, et lesquelles n'appartiennent qu'aux plantes ?

1. Choisissez Végétale. Les élèves cliquent sur chaque élément et notent son nom, son rôle et où on le trouve.
2. Recommencez avec Animale, puis ouvrez Comparer pour vérifier leurs listes.
3. Faites passer le grossissement de ×100 à ×1000 et observez l'échelle de 10 µm.

Résultat attendu : les deux cellules ont une membrane cellulaire, un cytoplasme et un noyau. Seule la cellule végétale a une paroi de cellulose, des chloroplastes et une grande vacuole centrale. Activez les mitochondries pour les groupes plus avancés : les deux types de cellules en ont. À ×400, l'affichage montre l'oculaire ×10 et l'objectif ×40, un lien utile avec le vrai microscope.

2. Pourquoi un globule rouge éclate-t-il dans l'eau pure et pas une cellule végétale ?

De la 4e à la 2de · Diffusion et osmose dans les cellules

Question directrice : Que devient une cellule quand la solution extérieure est plus salée, aussi salée ou moins salée que l'intérieur ?

1. Gardez les valeurs par défaut : un globule rouge avec 0,9 % à l'intérieur et 2 % à l'extérieur. Les élèves nomment le type de solution et prédisent la variation de volume.
2. Réglez l'extérieur à 0,9 %, puis à 0 %.
3. Appuyez sur Changer de cellule et recommencez avec 2 % et 0 % pour la cellule végétale.
4. Du côté de la diffusion, comparez le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre à 5 °C et à 45 °C.

Résultat attendu : à 2 %, le globule rouge se rétracte (milieu hypertonique). À 0,9 %, son volume reste constant (milieu isotonique). À 0 %, il gonfle puis éclate. La cellule végétale subit une plasmolyse à 2 %, mais à 0 % elle devient seulement turgescente, parce que la paroi l'empêche d'éclater. La diffusion atteint l'équilibre plus vite à la température la plus élevée. Pour le transport actif, prolongez avec le transport membranaire : chaque ATP fait sortir 3 Na⁺ et entrer 2 K⁺.

Enzymes et énergie

3. Plus de substrat peut-il vaincre un inhibiteur ?

De la 2de à la terminale · Activité enzymatique

Question directrice : Deux médicaments ralentissent tous deux une enzyme. Comment savoir lequel entre en compétition pour le site actif ?

1. Choisissez l'amylase à 37 °C et à pH 7. Notez la vitesse mesurée.
2. Ajoutez l'inhibiteur compétitif, notez la baisse, puis appuyez plusieurs fois sur +20 substrat.
3. Réinitialisez et recommencez avec l'inhibiteur non compétitif.
4. Passez à la pepsine puis à la trypsine et trouvez le pH où chacune agit le mieux.

Résultat attendu : avec l'inhibiteur compétitif, la vitesse remonte vers sa valeur sans inhibiteur à mesure que vous ajoutez du substrat, parce que le substrat finit par être plus nombreux que l'inhibiteur au site actif. Avec l'inhibiteur non compétitif, la vitesse ne peut jamais dépasser un tiers du maximum normal (Vmax), quelle que soit la quantité de substrat ajoutée. La pepsine agit le mieux à pH 2 et la trypsine à pH 8. Pour la version chauffage et refroidissement de cette simulation, consultez l'exemple sur les enzymes dans Prédire–Observer–Expliquer avec des simulations.

4. Quand une plante cesse-t-elle de libérer du dioxygène ?

De la 3e à la terminale · Intensité de la photosynthèse et point de compensation

Question directrice : Une plante fait de la photosynthèse à la lumière. Pourquoi peut-elle pourtant ne libérer aucun dioxygène ?

1. Lisez les valeurs par défaut : lumière 500, CO₂ 400 ppm, 25 °C. Notez la photosynthèse brute, la respiration et la photosynthèse nette.
2. Baissez la lumière jusqu'à ce qu'il n'apparaisse plus de bulles de O₂. Lisez le point de compensation sur le graphique.
3. Montez la température à 35 °C et relisez le point de compensation.
4. Réglez la lumière à 2000, puis montez le CO₂ à 1000 ppm.

Résultat attendu : aux valeurs par défaut, la photosynthèse brute vaut environ 10,7 et la respiration 2,0, donc la photosynthèse nette vaut environ 8,7 mg de CO₂/dm²/heure. Le point de compensation est d'environ 35 µmol/m²/s à 25 °C, mais d'environ 122 à 35 °C, parce que la respiration double alors que la photosynthèse diminue. Avec une lumière de 2000, passer le CO₂ de 400 à 1000 ppm fait monter la photosynthèse nette d'environ 12,3 à 17,3 : le CO₂ est devenu le facteur limitant. Pour une structure de leçon complète sur ce thème, consultez le plan de leçon 5E avec des simulations interactives.

Génétique et expression des gènes

5. Pourquoi les vrais croisements ne donnent-ils pas exactement 3 : 1 ?

De la 3e à la 2de · Échiquier de croisement – génétique mendélienne

Question directrice : Mendel a prévu 3 graines jaunes pour 1 verte. Pourquoi 20 graines montreraient-elles rarement exactement 15 : 5 ?

1. Croisez Aa × Aa. Les élèves touchent les cases pour lire les génotypes et les phénotypes.
2. Réglez 20 descendants et appuyez trois fois sur « Simuler N descendants », en notant les effectifs à chaque fois.
3. Appuyez sur « Simuler N de plus » jusqu'à compter quelques centaines de plantes.
4. Essayez le croisement-test Aa × aa, puis AaBb × AaBb.

Résultat attendu : l'échiquier donne 1 AA : 2 Aa : 1 aa et un rapport phénotypique de 3 : 1. Les petits échantillons s'écartent de la théorie (12 : 8 et 17 : 3 sont tous deux normaux), et les barres se rapprochent de 3 : 1 quand l'effectif augmente. Le croisement-test donne 1 : 1. Le croisement de deux caractères donne 9 : 3 : 3 : 1, donc 400 descendants devraient être proches de 225 : 75 : 75 : 25.

6. Toute mutation change-t-elle la protéine ?

De la 1re à la terminale · Transcription, traduction et mutations ponctuelles

Question directrice : Une base change dans un gène. La protéine change-t-elle toujours ?

1. Lancez le gène par défaut (matrice TACAAAGGCTTACCGACT). Les élèves écrivent l'ARNm et les acides aminés avant la fin de la simulation.
2. Choisissez Substitution en position 5 avec la base G.
3. Substituez la position 9 par A.
4. Choisissez Insertion en position 5 et comparez les lignes de polypeptide.

Résultat attendu : l'ARNm est AUG UUU CCG AAU GGC UGA, qui code Met–Phe–Pro–Asn–Gly puis un codon stop. Position 5 → G transforme UUU en UCU, donc Phe devient Ser : une mutation faux-sens. Position 9 → A transforme CCG en CCU, toujours Pro : une mutation silencieuse, parce que le code est dégénéré. L'insertion décale le cadre de lecture et modifie tous les codons qui suivent.

Évolution et écologie

7. Un lapin blanc survit-il mieux ?

De la 3e à la terminale · Sélection naturelle – population de lapins

Question directrice : Une mutation donne à un lapin un pelage blanc. Ce pelage va-t-il se répandre ?

1. Sur l'écran Introduction, ajoutez un partenaire et appuyez sur Lecture pendant quelques générations.
2. Ajoutez la mutation du pelage blanc. Les élèves prédisent ce qui se passera dans l'Arctique avec et sans loups.
3. Activez les loups. Puis réinitialisez, choisissez l'Équateur (terre brune) et recommencez.
4. Sur l'écran Laboratoire, comparez un allèle mutant dominant et un allèle mutant récessif.

Résultat attendu : sans loups, la couleur du pelage ne change rien. Avec des loups sur la neige, les lapins blancs survivent mieux et leur proportion augmente au fil des générations. Sur la terre brune, la même mutation est éliminée. « Mieux » dépend du milieu, pas du caractère lui-même. Un allèle récessif se répand d'abord plus lentement, parce qu'il se cache chez des porteurs au pelage brun. Pour un cas réel classique, ajoutez la simulation de la phalène du bouleau.

8. Plus d'herbe, plus de lapins ?

De la 1re à la terminale · Dynamique proie–prédateur

Question directrice : Si la prairie peut nourrir deux fois plus de lapins, que deviennent les lapins et les renards ?

1. Lancez le modèle « lapins seuls » et comparez la courbe en S à la droite de croissance exponentielle.
2. Passez aux lapins et aux renards avec les valeurs par défaut. Notez quelle population culmine la première et lisez l'équilibre.
3. Faites passer la capacité d'accueil K de 1000 à 2000 et lisez le nouvel équilibre.
4. Montez le taux de mortalité des renards à 1,2.

Résultat attendu : les pics de renards suivent toujours ceux des lapins avec un décalage. L'équilibre par défaut est de 500 lapins et 50 renards. Doubler K donne 75 renards, mais les lapins se stabilisent de nouveau à 500, parce que la nourriture supplémentaire finit par nourrir plus de renards. Avec une mortalité des renards de 1,2, les renards auraient besoin de plus de 1 000 lapins, que la prairie ne peut pas porter : ils disparaissent. Au collège, utilisez la croissance d'une population et la capacité limite du milieu, où une sécheresse divise K par deux, de 300 à 150.

Le corps humain et la santé

9. Que fait le cœur quand on se met à courir ?

De la 6e à la 4e · Appareils circulatoire et respiratoire

Question directrice : Pourquoi respire-t-on plus vite et le cœur bat-il plus vite quand on court ?

1. Au Repos, les élèves suivent le trajet du sang et notent où il passe du rouge sombre au rouge vif.
2. Appuyez tour à tour sur Sommeil, Marche et Course et relevez dans un tableau la fréquence cardiaque, le débit cardiaque, la fréquence respiratoire et la ventilation.
3. Demandez-leur de calculer eux-mêmes le débit cardiaque à partir de la fréquence cardiaque × le volume d'éjection systolique.

Résultat attendu : au repos, 75 battements par minute × 70 mL font environ 5 L de sang par minute, avec 16 respirations de 0,5 L. La course fait monter la fréquence cardiaque à 158 et le débit à environ 15 L/min, trois fois plus. La ventilation passe de 8 à environ 68 L/min. Le sang devient rouge vif dans les poumons, et l'artère pulmonaire transporte du sang sombre, pauvre en dioxygène, bien que ce soit une artère.

10. Combien de personnes faut-il vacciner pour arrêter une épidémie ?

De la 3e à la terminale · Propagation des épidémies et immunité collective

Question directrice : Pourquoi la rougeole exige-t-elle une couverture vaccinale bien plus élevée que la grippe ?

1. Choisissez COVID-19 avec les valeurs par défaut (30 % de vaccinés, 20 % de réduction des contacts). Notez le pic et le total d'infectés.
2. Augmentez la vaccination jusqu'à ce que l'épidémie ne démarre plus. Recommencez pour la grippe et la rougeole.
3. Pour la COVID-19, réglez la réduction des contacts à 40 % et trouvez le niveau de vaccination qui suffit désormais.

Résultat attendu : les valeurs par défaut donnent Rₑ ≈ 1,9, donc l'épidémie démarre. Sans réduction des contacts, la grippe exige au moins 56 % de couverture, la COVID-19 au moins 96 % et la rougeole au moins 97 %, parce que la rougeole a un R₀ ≈ 15 (la simulation tient aussi compte de vaccins efficaces à moins de 100 %). Avec 40 % de réduction des contacts, environ 64 % de vaccinés arrêtent la COVID-19. Les masques et les vaccins agissent sur le même nombre, Rₑ.

Choisir une idée pour votre séquence

Idée	Conception erronée visée	Question à associer
2. Osmose	« Le sel entre dans la cellule. »	Choix multiple : dans quel sens l'eau se déplace-t-elle à 2 % à l'extérieur ?
3. Enzymes	« Tous les inhibiteurs agissent de la même façon. »	Réponse courte : comment un excès de substrat révèle-t-il le type d'inhibiteur ?
4. Photosynthèse	« Les plantes ne respirent que la nuit. »	Nombre : point de compensation à 25 °C (35 ± 3)
5. Échiquier de croisement	« 3 : 1 signifie exactement 3 sur 4. »	Prédiction : effectifs dans un échantillon de 20
7. Sélection naturelle	« Les animaux changent pour s'adapter à leur milieu. »	Réponse courte : pourquoi les lapins blancs s'en sont-ils mieux sortis dans l'Arctique ?
8. Proie–prédateur	« Plus de nourriture signifie plus de proies. »	Nombre : renards à l'équilibre avec K = 2000 (75 ± 2)

Comment les mener en classe

• Commencez par une prédiction au vidéoprojecteur. Les idées 2, 7 et 8 divisent bien une classe. Ouvrez votre lien en mode présentation (ajoutez ?present=1), faites voter, lancez la simulation, puis appuyez sur Afficher le QR code pour que les binômes continuent sur leurs propres appareils. Enseigner avec un vidéoprojecteur détaille ce déroulé.
• Verrouillez la prédiction. Ajoutez jusqu'à trois questions de prédiction à la série de questions du lien. La simulation reste verrouillée tant que chaque élève ne s'est pas engagé. Animez la discussion avec Prédire–Observer–Expliquer.
• Vérifiez la compréhension le jour même. Une question numérique avec une marge d'erreur, comme le point de compensation, vous dit en quelques minutes qui sait lire le graphique. Utiliser les simulations pour l'évaluation formative explique comment exploiter le tableau des résultats.

Fixez les valeurs de départ sur chaque lien de classe (page Partager) pour que tout le monde parte du même réglage. Prévoyez 15 à 20 minutes par idée et terminez par une phrase qui explique le résultat en termes biologiques.

Questions fréquentes

Quelle idée de biologie fonctionne le mieux avec des élèves plus jeunes ?

Les idées 1 (cellules) et 9 (cœur et poumons). Toutes deux sont visuelles, n'exigent aucune formule et renvoient au corps des élèves.

Les chiffres sur les populations et les maladies sont-ils des données réelles ?

Non. Ils viennent de modèles classiques (croissance logistique, Lotka–Volterra et SIR) avec des paramètres réalistes, comme R₀ ≈ 15 pour la rougeole. Traitez-les comme des modèles et demandez aux élèves ce qu'apportent les vraies populations.

Pourquoi mes élèves obtiennent-ils des résultats différents dans l'activité sur la sélection naturelle ?

Chaque exécution utilise un appariement et une survie aléatoires, donc les résultats varient. C'est utile : comparez les graphiques de plusieurs groupes et cherchez le point commun.

Puis-je les utiliser en devoir à la maison ?

Oui. Publiez le lien dans votre ENT ou imprimez le QR code, associez une courte série de questions et consultez le tableau des résultats avant la séance suivante.