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Les concepts d’opérations du CP au CM2
du sens aux techniques
Stage départemental mathématiques 205
« Nombres et calculs en école élémentaire
Cycles 2 et 3 »
Sandrine Micoud et Fabien VallierCPC La Tour du Pin et BJ1
D'après un document de Christophe Clanché IEN La Tour du Pin
Plan de la journée Quelle place et quels enjeux donnés à l’apprentissage du calcul posé à l’école
élémentaire ?
Nombres et calcul au cycles 2 et 3 : ce qui vous questionne ou met en difficulté
• Faut-il insister sur le sens lors de l’apprentissage d’une technique opératoire ? Enseigner seulement la technique durant un temps dédié ?
• Comment aider les élèves à faire le lien entre les connaissances sur les nombres et les opérations et leur utilisation dans la résolution de problèmes ?
– Comment faire acquérir les tables de multiplication aux élèves qui « bloquent » ?
– Technique opératoire de la division
– Situations relevant de la soustraction
• Comment aider certains élèves qui n’ont pas encore certains automatismes simples ?
• Quels outils pour les élèves les plus en difficulté ?
Les constats :Evaluations CE1 – 2011 : exemple
d’une circonscription (La Tour du Pin)3 items les plus échoués
(moins d’1/3 des élèves en réussite) dans le même domaine ….
… en CALCUL !
C’est également dans ce domaine que l’écart avec le reste du département est le plus important.
Circo . Tour du Pin
Isère
Effectuer 3 divisions
33 % 37,6 %
Effectuer 2 multiplications
32 % 40 %
18 : 2 20 : 5 60 : 2
52 x 3 130 x 5
Problème de partage
21 % 24,9 %
Problème soustractif
47,7 % 50,7 %
Problème multiplicatif
50 % 56,3 %
225 - 112
12 x 4
Partage de 75 en 3
Item 89
Item 79
Item 79
Item 92 Seulement un élève sur 5 a trouvé la bonne réponse.
Deux exercices réussis par moins d’un élève sur 2
Deux exercices réussis par moins d’un élève sur 2
Évaluations CM2 – 2011- Isère
13 items – 5 compétences
pas de problème particulier pour :C1 77.5 % et 81.5% de réussite)C5 74,5% de réussite
1313i
j
j
j
C1
hh
C2 : environ 52% de réussite
8,3 x 5 = ? 246 + 34 + ? = 500
Des résultats quasi identiques
Multiplication :
Problème de retenue : nécessité de l’écrire – pb à retenir
Problème de virgule : oubli
C2 Calculer mentalement
Problème de technique
8 X 5
C2 Calculer mentalement
addition à trou (246 + 34) (500 – 280) réponse : 220
1ère étape bien réalisée mais écrite et erreur de retenue
Incompréhension de l’addition à trou (complément)
Erreurs de calcul :
autres propositions : 150 – 293 – 21 - 86
C3 – Poser et effectuer une addition : 64,5% de réussite
• Bons résultats
Erreur sur la partie décimale :
oubli de la virgule
bbbbbbC3 – Poser et effectuer une addition
Erreurs de disposition / d’alignement :
C3 – Poser et effectuer une addition
• Les nombres sont transformés :
C3 – Poser et effectuer une soustraction : 74% de réussite
• placer la virgule
• Notion d’écart constant :
C3 – Poser et effectuer une multiplication : 81% de réussite
avec le même
résultat
C3 – Poser et effectuer une multiplication (Nombre décimal X entier à 1 chiffre) : 51% de
réussite • 14 X 30 nombre d’étapes
place/rôle de
la virgule
pb de numération
C4 : quotient entier (79% de réussite ) quotient avec 1 partie décimale (43%)
• Nombre de chiffres au quotient
• partie décimale
C6 : 71% trouvent la bonne opération mais seulement 25% le résultat
La théorie des conceptsLes problèmes qui
peuvent être résolus à l’aide du
concept
Les résultats, algorithmes,
procédures qui sont à mémoriser, automatiser ou qui
pourront être élaborés
Les éléments langagiers qui
permettent d’évoquer le concept (langage
verbal et symbolique)
Les propriétés utilisables
Les problèmes :
2 types de multiplication :
la multiplication combinaison (Cf. tableau à 2 entrées, produit de mesure) la multiplication transformation : prendre plusieurs fois une grandeur (additions réitérées)
Le langage :
« scolaire » : fois, multiplié par, multiplicateur, multiplicande, produit, multiple
« en situation » :• Faire des paquets de, des piles de, des rangées de, des colonnes de, des groupes de… prendre autant de fois reporter… fois
Le langage symbolique : à l’école seulement a x b = c ou x c
a b au collège : a.b = c ou ab=c
Le concept de
multiplication
Procédures et résultats :
procédure de calcul mental :CommuterDécomposer / associer / distribuerCompenser
algorithme écrit :décomposer : les tableauxla technique françaisedécortiquer d’autres techniques
les tables :construirearticulermémoriserrestituer « automatiquement »utiliser « à l’envers »
Les propriétés :
• la commutativité
l’associativité
l’élément neutre : 1
l’élément absorbant : 0
chaque nombre différent de 0 a un symétrique (appelé inverse) : a x 1/a = élément neutre
la distributivité
Le concept de
multiplication
La multiplication : par où commencer ?
L’addition réitérée
ouLes quadrillages
???
Historiquement…Les Grecs mettaient toujours en
relation le numérique et le géométrique :
□Un nombre représenté par une longueur 5 cm
X X □Un produit de 2 nombres
représenté par l’aire d’une surface
8 multiplié par 5 8 x 5 = 8 + 8 + 8 + 8 + 8 (5 fois 8)
8 x 5 = 5 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 + 5 Mais 8,2 x 1,7 = ???
Les limites de l’addition réitérée
Alors que …□5,4 x 6,3
□Et même…
?
6,3 cm
5,4 cm
Les propriétés à acquérir
La commutativité : 3 x 25 = 25 x 3
Absolument nécessaire pour la multiplication posée: 2 x 327 se pose en fait en 327 x 2Pas évident si l’on reste sur le sens « additionsréitérées »
5 paquets de 6 mais6 paquets de 5 ???
3 barres de 6 carreaux ou6 barres de 3 carreaux
Les propriétés à acquérirLa distributivité (à droite et à gauche)3 x 15 = (3 x 10) + (3 x 5) et 15 x 3 = (10 x 3)
+ (5 x 3)Indispensable pour introduire la technique
opératoire.
Avec l’addition réitérée :5 paquets de 6 billes, c’est 2 paquets de 6 billes
plus 3paquets de 6 billes.
Avec le produit de mesures :6 rangées de 3 carreaux c’est 2 rangées de 3 carreaux plus 4 rangées de 3 carreaux.
Activités préparatoires à mener au CP, au CE1 : rappels
EN VRAC OU ORGANISES ?
3
2
6
RÉALISONS DES COUPLES ET DÉNOMBRONS-LES !
Retrouvons le bon rectangle
La table de multiplication
À construire et à analyser avec les élèves
Les tables de multiplication
Leur donner du sens, une nécessité !
Jean Simon travaille rue Albert GuillaumeJean Paul travaille rue Guillaume Albert
Paul Roger travaille rue Jean Roger
Essayez de mémoriser cela en 30 secondes
Les tables de multiplication
Leur donner du sens, une nécessité !
3 X 4= 12,
3 X 7= 21
7 X 5= 35
1 Albert
2 Guillaume
3 Jean
4 Simon
5 Roger
7 Paul
Jean Simon travaille rue Albert GuillaumeJean Paul travaille rue Guillaume Albert
Paul Roger travaille rue Jean Roger
Les tables de multiplication
Les tables de multiplication
Une progression basée sur la réflexion :
Après la table de 2, les tables de 4 et de 8 peuvent être reconstruites.
Même remarque après la table de 3 pour 6 et 9.
La seule n'ayant aucun lien avec les autres, donc a priori la plus difficile à mémoriser, c'est la table de 7. Mais, en réalité, il ne reste alors que 7 x 7 à apprendre. Tous les autres peuvent être retrouvés par commutativité (Exemple : 7 x 8 et 8 x 7 ….)
Les tables de multiplication
Les cowboys
Les chaises mu…ltiplicatives
Des activités :d u
Pour les élèves en difficultés travailler les résultats qui ne sont pas connus !
A vous de jouer
A vous de jouer !!!!A vous de jouer !!!!
Les tables de multiplication : avec des jeux
Des jeux à fabriquer : en fabriquant 1 jeu de chaque, toute la classe peut jouer en même temps !
* le jeu des mariages* le jeu de mémory* le jeu de la table* le jeu de Pythagore* les 50 cases* le jeu des multiples
Les mariages
Jeu de mémory
Jeu de rapidité
Jeu de Pythagore
A vous de poser : 34 X 23
La technique opératoireUn préalable la décomposition des
nombres car …
La technique opératoire
Multiplication d’un nombre à deux chiffres par un nombre à deux chiffres :
Combien vaut 34 × 23 ?34 × 23 c’est le nombre de carreaux de ce quadrillage :
23
34
Pour trouver le nombre de carreaux du quadrillage, on décompose 34 :
On aura donc deux calculs à faire :
4 × 23
30 × 23
Et pour trouver combien vaut 34 × 23 on ajoutera les deux résultats trouvés.
4
30
4 × 23
30 × 23
34 = 30 + 4
4 × 23
30 × 23
4 × 23 = 92
23
34
3 × 23 = 69
donc
30 × 23 = 690
Disposition habituelle des calculs :
23
34
4
30
4 × 23
30 × 23
2 3
× 3 4
9 2
6 9 0
7 8 2
Multiplication posée que nous avons retenue
34 X 23
ou
Et les décimaux ...
La division
Les problèmes :
de type groupement (quotition)
de type partage(partition)
de type « fois moins »Proportionnalité
Le langage :
« scolaire » : diviser/divisionquotient, reste, dividende, diviseur
« en situation » : partager, part faire des paquets de, rassembler par … combien de fois
Le langage symbolique :
: , /, « potence », barre de fraction
Le concept de
division
Procédures et résultats :
procédure de calcul mental : moitié, quart : 10, : 100 utiliser les propriétés
algorithme écrit :rechercher le nombre de chiffres du quotientécrire la table du diviseurécrire les soustractions intermédiaires
les tables :connaître les tables à l’envers
Les propriétés :
elle n’est pas commutative
elle n’est pas associative
l’élément neutre : 1
tout nombre différent de 0 est son propre symétrique (a : a = 1)
le quotient d’une somme est égal à la somme des quotients(18 + 6) : 3 = (18 : 3) + (6 : 3)24 : 3 = 86 + 2 = 8
diviser par un produit équivaut à diviser par chacun des termes du produit24 : (2X4) = (24:2 ) : 424 : 8 = 12 : 4 =3
Le concept de
division
La division : les particularités
Le symbole « : » ne sert que dans descas particuliersExemple : 45 : 5 = 9N’est valable que comme réciproque
de la multiplicationMais 47 : 5= ?47: 5 = 9 reste 2 est
incorrect Donc 47= (9 x 5) + 2
Les 2 sens de la division
… et un 3ème !
Dans le catalogue « Vert gazon », on peut acheter 2 chaises de jardin pour 76 €.
Quel est le prix d’une chaise ?
J’apprends les maths
Ni partition, ni quotition … mais
Proportionnalité (notion de « fois moins ») « Si 2 chaises coûtent 76€, une chaise
coûtera donc 2 fois moins cher »
Quelle progression ?
En fonction du type de problème
Des procédures différentes
Groupement
Partage (Quotition)
(Partition)
Quelle progression ?
Quelle progression ?Partage
Quelle progression ?
1 – On commence par des situations de quotition
Quelle progression ?
11
Quelle progression ?
2 – On continue par des situations de partition
A vous de poser :
3750 : 24
Division : la technique
Seulement au CE2 !
Programmes 2008 :CE1 : il n’est jamais fait mention de la
technique opératoire de la division« diviser par 2 ou 5 des nombres inférieurs à
100 (quotient exact entier) »« approcher la division à partir d’un
problème de partage ou de groupements »
Division : la technique
On utilise dès le début des situations avec reste : pour éviter d’installer une mauvaise
représentation de la division !
Au CE2
La division : les particularités
Le résultat de la division est composé de
deux nombres : le quotient et le reste
47 divisé par 5 a pour quotient 9 et pour reste 2
47 = (9 x 5) + 2 alors que le résultat de toute
autreopération est composé d’un seul
nombre
Savoirs et savoir-faire utiles :
-Savoir faire la différence entre partages équitables et partages non équitables
- Connaître les techniques de l’addition, de la soustraction et de la multiplication et les tables de multiplication
- Savoir ce qu’est un multiple et savoir écrire la table des multiples d’un nombre donné (exemple : table des multiples de 16)
Problèmes précédant le travail sur la technique posée traditionnelle (1 séance)
- On peut commencer par une situation de groupement (« Combien de paquets ? ») avec un quotient à un chiffre qui permettra de faire un travail sur les multiples sans aborder encore la technique posée traditionnelle.
Exemple : 171 bonbons - des paquets de 25 bonbons - combien de paquets ?
171 = (6 X 25) + 21
- On peut continuer par une situation de partage (« Combien dans chaque paquet ? ») avec un quotient à un chiffre qui permettra, elle aussi, de faire un travail sur les multiples toujours sans aborder la technique traditionnelle.
Exemple : 213 bonbons - 25 enfants – combien de bonbons chacun ? 213 = (8 X 25) + 13
- Problème que les élèves sont amenés à résoudre en utilisant des procédures personnelles
Exemple : un géant qui fait des pas de 15 km part de son premier château pour allervers son deuxième château distant de 3530 km.Combien de pas le géant doit-il effectuer pour atteindre ce deuxième château?
La mise en commun permet de faire apparaître les différentes procédures utilisées par les élèves
On peut garder sous la forme d’affiches des traces des procédures utilisées de façon à pouvoir s’y référer lors des séances suivantes.
On peut écrire à la fin : 3530 = (235 × 15) + 5
Rappel : Il semble préférable, au niveau mathématique d'avoir dès le départ une division avec reste pour ne pas donner une fausse image de la notion de division …
Elaboration progressive de la technique posée traditionnelle (2 ème séance)
Remarque : on peut d’abord faire construire la table des multiples de 15 et demander d’utiliser cette table pour effectuer des calculs du type 5 × 15, 50 ×15, 500 ×15, 5000 ×15, …
Elaborer progressivement la technique posée traditionnelle c’est s’intéresser parmi les différentes procédures utilisées pour résoudre le problème du géant, à la procédure soustractive qu’on va améliorer pour le rendre de plus en plus efficace.
On pourra, par exemple,arriver à une présentation de ce type :
3 5 3 0 1 5- 1 5 0 0 1 0 0
2 0 3 0- 1 5 0 0 1 0 0
5 3 0- 1 5 0 1 0
3 8 0- 1 5 0 1 0
2 3 0 - 1 5 0 1 0
8 0- 7 5 5 5
Le géant fait
235 pas
Il lui reste encore 5 km à parcourir
Nouveau problème (problème avec une division-partition alors que le problème du géant était un problème de division-quotition)
24 flibustiers veulent se partager équitablement 3750 pièces d’or.Combien auront-ils chacun ?
Elaboration progressive de la technique posée traditionnelle …suite
(3ème et 4ème séances mais qui ne suivent pas nécessairement immédiatement la deuxième séance)
[Là encore, il y a un reste … (à ajouter à la part du capitaine, à enterrer en prévision de jours plus difficiles, … ? :-) ]
On pourra reprendre une présentation des calculs analogues à celle vue au paragraphe précédent puis l’améliorer pour arriver à :
3 7 5 0 2 4- 2 4 0 0 1 0 0
1 3 5 0 - 1 2 0 0 5 0
1 5 0 - 1 4 4 6
6
1 × 24 = 242 × 24 = 483 × 24 = 724 × 24 = 965 × 24 = 1206 × 24 = 1447 × 24 = 1688 × 24 = 1929 × 24 = 216
On utilise la table des multiples de 24 pour donner lemaximum de paquets de 100 pièces, puis le maximum de paquets de 10 pièces puis le maximum de pièces.
On peut écrire : 3750 = (156 × 24) + 6
Elaboration progressive de la technique posée traditionnelle suite …
(5ème séance mais qui ne suit pas nécessairement immédiatement les précédentes et qui peut ne concerner que le CM2)
- Travail sur le nombre de chiffres du quotient :
Sans effectuer les divisions, trouver le nombre de chiffres du quotient (indiquer lenombre de chiffres du quotient en mettant – ou – – ou – – – à la place du quotient)et expliquer comment vous faites pour le trouver.
8 2 5 1 5 5 3 9 1 4 8 0 1 7
_ _ _ _ _ _
15 x 1 < 825 < 15 x 10
15 x 10 < 825 < 15 x 100 2 chiffres au quotient
□- Technique posée traditionnelle :
3 7 5 0 2 4- 2 4 0 0
1 3 5 0- 1 2 0 0
1 5 0- 1 4 4
6
1 5 6
Et les décimaux...
Additions et soustractions
Les problèmes :
composition de 2 états
transformation d’un état
comparaison de 2 états
composition de transformations
Le langage :
« scolaire » : ajouter, additionner plus somme, addition, total
« en situation » :• mettre ensemble réunir avancer en tout gagner / perdre
Le langage symbolique : a + b = c
Le concept
d’addition
Procédures et résultats :
procédure de calcul mental :
commuterdécomposer/associer/distribuercompenser
algorithme écrit :
groupement par 10, échangel’algorithme françaisdécortiquer un autre algorithme
les tables :construirearticulermémoriserrestituer « automatiquement »utiliser « à l’envers »
Les propriétés :
la commutativité
l’associativité
l’élément neutre : 0
existence d’un symétrique :
a + (-a) = 0 (non étudié à l’école)
Le concept
d’addition
Les problèmes :
composition de 2 états
transformation d’un état
comparaison de 2 états
composition de transformations
Le langage :
« scolaire » :• ôter soustraire différence écart moins
« en situation » :• retirer, enlever reculer gagner, perdre le complément, ce qui manque ce qui reste
Le langage symbolique : a - b = c
Le concept de
soustraction
Procédures et résultats :
procédure de calcul mental :
impossibilité de commuter !décomposer/associer/distribuercompenser
algorithme écrit :
connaissance d’un des trois algorithmes :sans retenue (on casse les classes)avec retenues en basavec retenues en bas et en haut
comparaison des algorithmes
les tables : passer de la formulation :« 5 pour aller à 7 2 » à « 7 – 5 = 2 »
Les propriétés :
• elle n’est pas associative
elle n’est pas commutative
élément neutre : 0
propriété de l’ajout simultané :a-b = (a+c) – (b+c)
• soustraction d’une somme (cf. calcul réfléchi) : a-(b+c)= a-b-c
soustraction d’une différence (cf. calcul réfléchi)a-(b-c)= a-b+c
Le concept de
soustraction
La mémorisatio
n des répertoires additifs et
soustractifs
La mémorisation des répertoires additifs et soustractifs
Pour faciliter la visualisation des acquis
La technique opératoire de l’addition
Étroitement liée à la numération et aux échanges mais également à la connaissance du répertoire additif.
Importance de faire des jeux (le banquier, les enveloppes, les bûchettes...)
…. Film sur les bûchettes ……
Et les décimaux...
La technique soustraction
Plutôt les techniques !
A vous de poser : 4325 - 594
La technique soustraction
La technique par « cassage des classes »
Elle repose sur la décomposition des nombres : 32 = 20 + 12
1213
La technique soustraction
Limites de cette dernière :- Quand il y a des zéros …- Elle n’est pas la méthode
« traditionnelle » ( à la maison, on essaiera de leur apprendre l’autre!)
- Elle complique la tâche dans les divisions
Si elle est utilisée en CE1, il faut programmer sur l’école le passage à la méthode traditionnelle (en France !)
La technique soustraction
La technique « traditionnelle »
Elle repose sur la notion d’écart constant.
A Avec les décimaux …
En conclusion