Le code mène l’enquête

Discipline
Espace et géométrie
Niveaux
CE2.
Auteurs
E. GIROD, N. BLAHUTA et V. GROSS
Objectif
- vocabulaire : algorithme, test, condition, coder, décoder, bug, programme
- mettre en place des techniques pour décoder un texte
- Coder et décoder pour prévoir, représenter et réaliser des déplacements dans des espaces familiers, sur un quadrillage, sur un écran.
- Programmer le déplacement d'une machine avec un langage adapté.
- Coder et décoder pour prévoir, représenter et réaliser des déplacements dans des espaces familiers, sur un quadrillage.
Relation avec les programmes

Socle commun de connaissances, de compétences et de culture

  • Savoir mobiliser différents outils numériques pour créer des documents intégrant divers médias et les publier ou les transmettre, afin qu'ils soient consultables et utilisables par d'autres.
  • Savoir que des langages informatiques sont utilisés pour programmer des outils numériques et réaliser des traitements automatiques de données.
  • Mettre en œuvre les principes de base de l'algorithmique et de la conception de programmes informatiques pour créer des applications simples.
  • Connaître les principes de base de l'algorithmique et de la conception des programmes informatiques.

Cycle 2 - Programme 2020-2024

  • S'engager dans une démarche de résolution de problèmes en observant, en posant des questions, en manipulant, en expérimentant, en émettant des hypothèses, si besoin avec l'accompagnement du professeur après un temps de recherche autonome.
  • Tester, essayer plusieurs pistes proposées par soi-même, les autres élèves ou le professeur.
  • Appréhender différents systèmes de représentations (dessins, schémas, arbres de calcul, etc.).
  • Tenir compte d'éléments divers (arguments d'autrui, résultats d'une expérience, sources internes ou externes à la classe, etc.) pour modifier ou non son jugement.
  • Prendre progressivement conscience de la nécessité et de l'intérêt de justifier ce que l'on affirme.
  • Utiliser l'oral et l'écrit, le langage naturel puis quelques représentations et quelques symboles pour expliciter des démarches, argumenter des raisonnements.
  • Programmer les déplacements d’un robot ou ceux d’un personnage sur un écran : - repères spatiaux ; - relations entre l’espace dans lequel on se déplace et ses représentations.
Dates
Créée le 21 mars 2019
Modifiée le 24 mai 2019
Statistiques
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Licence
CC-BY-NC-SALicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique ?.

Dans cette séquence il s'agit de résoudre une enquête dans laquelle un héros est confronté à différents défis qu’il doit relever pour retrouver des bijoux dérobés. Les élèves se familiarisent avec les notions d’algorithme, de langage et de représentation de l’information (texte et image).

Déroulement des séances

1

L’itinéraire du héros pour se rendre au château de Milbal

Dernière mise à jour le 19 mai 2019
Discipline / domaine
Espace et géométrie
Objectif

Comprendre ce qu'est un algorithme, un teste et une condition :
Un "algorithme" est une méthode permettant de résoudre un problème.
Un test dit quelle action effectuer quand une condition est vérifiée.
Une condition est une expression qui est soit vraie, soit fausse.
Durée
40 minutes (3 phases)
Matériel
Papier
Fiches 1 et 2
TBI

1. Situation déclenchante

collectif | 3 min. | découverte

L'inspecteur Lafouine est invité à une soirée au château de son ami Luc de la Bodelière mais il n'a pas le plan pour s'y rendre.

 

2. Exprimer des instructions à l'aide de conditions

binômes | 25 min. | découverte

- L’enseignant distribue aux élèves la Fiche 1 qu'il projette ensuite au tableau (TBI) : il s’agit du parcours que va devoir effectuer le héros pour rejoindre le château.

Pour l’aider, les élèves doivent décrire une succession d’instructions que le héros suivra à la lettre pour arriver à destination. La formulation de ces instructions doit prendre la forme SI …. ALORS…. 

Par exemple : "SI le héros tourne à droite il rencontre une école, ALORS il peut continuer."

- "La méthode que l'on utilise pour résoudre un problème s'appelle un algorithme" (faire répéter le mot). "Pendant tout son parcours l'inspecteur va devoir faire tout ce que vous lui demandez. Vous avez écrit des algorithmes qui commencent tous par une condition, "SI". En faisant  exactement tout ce que vous avez demandé, l'inspecteur Lafouine est sûr de pouvoir arriver au château.

- Question possible des élèves : "Est-ce que si on lui demande d'aller au château " il est capable de le faire ?  : Non, c'est trop complexe. Un algorithme est construit à partir d'instructions simples, comme des directions (gauche, droite, tout droit etc.).

- Donner aux élèves la fiche 2, chaque binôme essaie de la remplir.

3. Mise en commun

collectif | 12 min. | mise en commun / institutionnalisation

- Le PE donne à chaque élève une fiche 2  vierge qui est remplie collectivement.

2

Résolution d'une enigme

Dernière mise à jour le 22 mai 2019
Discipline / domaine
Espace et géométrie
Objectif
Comprendre que l'on peut coder un texte en représentant ses lettres par des nombres choisis à l’avance.
Durée
40 minutes (3 phases)
Matériel
Feuille de papier
Fiche message codé
TBI

1. phase déclenchante

collectif | 5 min. | recherche

Une fois là-bas, alors que la soirée se termine, un grand cri retentit dans le château. Alors que l'épouse de Luc voulait ranger les bijoux qu'elle portait dans le coffre-fort, elle s'aperçoit que celui-ci a été fracturé. A la place des bijoux, ne reste qu'une feuille de papier portant un message crypté.

 

2. phase de recherche

binômes | 25 min. | recherche

Distribution aux élèves de la fiche 3.

Le professeur des écoles propose aux élèves de se mettre en binôme pour chercher à décoder le message. Il les laisse chercher pendant 5 minutes. Pendant ce temps, le PE recopie le message au tableau (ou le projette sur le TBI).

Il interroge ensuite les élèves afin de les aider, les guider :

"Quels sont les mots les plus courts ? À quoi peuvent-ils correspondre en français ? Les mots les plus courts de la langue française sont « à », « y », mais on peut également retrouver des formes contractées « l’ », « d’ », etc. Les mots de 2 lettres sont également peu nombreux (le, la, on …)
Quelle est la lettre la plus courante dans un texte rédigé en français ? (réponse : la lettre E) Qu’en est-il ici ? Dans le texte codé ici, c’est le symbole 5. On peut donc supposer que « 5 » encode systématiquement toutes les lettres « E » du message initial. Et la lettre E est justement la cinquième lettre de l’alphabet.
De façon plus intuitive, on peut aussi essayer, puisque les symboles ressemblent à des nombres, de les remplacer par les lettres de l’alphabet du même rang (intuitivement, on a « envie » de remplacer 1 par A, 2 par B, 3 par C…)

Si les élèves rencontre des difficultés, le PE les guide avec des astuces ou donne quelques correspondances. Lorsqu'ils ont trouvé, tous les élèves remplissent le tableau de correspondances puis le déchiffrage se fait collectivement au tableau.

 

 

 

3. Mise en commun et synthèse orale

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Ensemble au tableau, la classe décode le message

POUR TROUVER

CE QUE TU CHERCHES

RENDS TOI

AU BORD DE L'ETANG

 

Mise en commun :                                    

"Dans ce codage, la lettre A était codée par « 1 », la lettre B, par « 2 », la lettre E, par « 5 » et ainsi de suite jusqu’à Z codé par « 26 »."

Extension : les élèves sont alors encouragés à encoder/décoder d’autres messages de leur choix pour se les transmettre (attention, pour cette phase également, penser à placer les symboles dans des cases).

 

Conclusion  : synthèse orale collective

"On peut coder un texte en représentant ses lettres par des nombres choisis à l’avance (par exemple, 1 peut coder « A », 2 peut coder « B »…)"

 

 

 

 

3

programmer un parcours

Dernière mise à jour le 22 mai 2019
Discipline / domaine
Espace et géométrie
Objectif
Comprendre les notions de « Machines » et de tâche complexe.
Les machines qui nous entourent ne font qu'exécuter des "ordres" (instructions).
En combinant plusieurs instructions simples on peut effectuer une tâche complexe.
Durée
45 minutes (3 phases)
Matériel
Fiche 4
Pion de jeux
TBI
Cahier de brouillon

1. situation déclenchante

collectif | 5 min. | découverte

L'inspecteur comprend qu'il s'agit de l'étang du parc du château.

Il s'y rend à toute allure accompagné de son ami Luc, qui entre temps est allé chercher son petit sous marin de poche que l'on peut commander à la voix.

Arrivés au bord de l'eau, ils manoeuvrent l'engin en lui donnant des instructions orales, pour aller voir ce qui se passe sous l'eau.

Le sous-marin ne peut pas se déplacer en diagonale (demander la définition), de plus, il doit se déplacer d'une case en une.

 

- Les élèves doivent inventer un langage pour guider le sous-marin à distance.

- L’enseignant projette au tableau la Fiche 4  qui représente le dédale sous l'étang. On y voit le fond de l’eau avec un dédale de coraux que le sous-marin doit parcourir afin de parvenir jusqu’au coffre.

 

 

 

 

 

 

2. Expérimentation : inventer un langage pour guider le sous-marin (par binômes)

binômes | 15 min. | recherche

- Distribution de la fiche 4 aux élèves ainsi qu'un pion pour chaque binôme. Il s'agit du plan du dédale sous l'étang.

- Consigne : "Le sous marin ne peut être commandé que par la voix il va falloir lui expliquer comment aller récupérer le sac."

- Contraintes : "Il ne peut pas se déplacer en diagonale (demander la définition) et il ne peut que se déplacer d'une case en une."

- Par binômes, les élèves doivent proposer une série d’instructions qui pourront décrire le parcours à suivre. L’enseignant introduit alors le terme « programme » pour décrire l’ensemble d’instructions simples qui peuvent être exécutées par une machine.
Les binômes peuvent essayer de reproduire leur parcours en bougeant le pion qui leur est fourni, en le faisant respecter scrupuleusement les instructions. Ils font des essais sur leur cahier de brouillon.

- Rôle du PE : il passe auprès des binômes et les aide le cas échéant.

- Si il y a une grande différence de rapidité les binômes qui ont terminé peuvent programmer le trajet de retour du sous-marin.

 

 

3. Mise en commun et trace écrite

collectif | 25 min. | mise en commun / institutionnalisation

- L’enseignant demande à un des binômes de présenter leur programme à la classe. Pour vérifier ce que donne l’exécution du programme, les élèves déplacent au tableau la silhouette représentant le sous-marin, en suivant rigoureusement les instructions. Si la méthode est concluante, l’enseignant la reprend au tableau, et demande si d’autres binômes ont eu d’autres idées.

Chaque programme proposé est mis en pratique sur le TBI avec le reste de la classe sur l'image projetée pour voir si il marche ou non.

Si un programme ne marche après l'avoir testé, le PE parle de " bug " : "un bug est une erreur dans un programme. Un tout petit bug peut parfois avoir des conséquences énormes."

- Une fois le programme trouvé et validé par les élèves et par l'expérience, le PE distribue une feuille de recherche à chaque élève. Il recopie le programme valide au tableau et les élèves le recopient sur leur feuille de recherche. 

Exemple de programme : 

Avance - Plonge - Plonge - Plonge - Avance - Avance - Remonte - Avance

- Le PE dicte aux élèves la trace écrite suivante, qu'ils notent à la suite sur leur feuille de recherche :

"Un programme est une suite d'ordres exprimés dans un langage particulier compréhensible par l’homme et la machine."

 

Remarques :

 

- On remarque qu’il existe (au moins) deux langages pour diriger le sous-marin. On peut lui donner des directions « absolues » (va vers la surface, va à l’Ouest/vers le ponton…) ou, au contraire, des directions relatives, c’est-à-dire qui dépendent de l’orientation du sous-marin (tourne  vers la droite, avance,  tourne vers la gauche, recule…). Note : il est préférable de découper l’instruction « avance d’une case vers la droite » en 2 instructions bien distinctes : 1/ tourne vers la droite (sous-entendu : en restant sur place), puis 2/ avance d’une case.

- Il est intéressant de faire avec les élèves le parallèle suivant : coder procède de la même démarche qu'en mathématiques :  on nomme colonnes et  lignes d'un tableau.

4

Qui est le voleur?

Dernière mise à jour le 22 mai 2019
Discipline / domaine
Espace et géométrie
Objectif
Apprendre à représenter une image par une grille de pixels noirs ou blancs.
Durée
45 minutes (5 phases)
Matériel
Fiche feuilles quadrillées
Fiche portrait du voleur
TBI
Cahier de Mathématiques

1. Le portrait du voleur

collectif | 5 min. | découverte

Le sous-marin de poche a trouvé un coffre. Une fois ouvert sur les berges de l’étang, l’inspecteur Lafouine et Luc de la Bodelière y trouvent un rouleau de papier sur lequel apparait le portrait incomplet du voleur. Lafouine, à l’aide de cailloux, doit le recomposer pour trouver l’identité de l’escroc.

2. Phase 2

individuel | 15 min. | recherche

- L'enseignant distribue aux élèves la fiche 5  et la moitié supérieure de la fiche 6  (grille de 7x7).

À l’aide des carrés colorés en  blanc et en noir, les élèves doivent aligner grossièrement la forme du portrait. Chaque case ne peut être qu'entièrement blanche ou entièrement noire.

Note scientifique :
Les cases de cette image sont appelées « pixels » (de l’anglais picture-element). L’opération réalisée ici est une pixellisation. Il existe plusieurs formats d’images pixellisées : les images noir-et-blanc, les nuances de gris, les images en couleurs

- L’impression du portrait en noir et blanc permet de voir sa silhouette par transparence en superposant la Fiche 5  et la Fiche 6, que cette dernière soit imprimée sur du papier calque ou non.

- Le PE devra rappeler sans cesse la consigne : il n’est pas question de simplement décalquer l’image du chapeau : les cases ne peuvent être que totalement noires ou totalement blanches, et il est interdit de subdiviser les cases en y traçant des traits supplémentaires pour mieux coller au dessin original. Un exercice en ligne propose une démonstration numérique de cette consigne.

3. Mise en commun du résultat

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Comparaison entre élèves de l'image pixélisée. On constate que la visibilité est meilleure lorsque l'on regarde le portrait de loin. On identifie alors très bien l'identité du voleur.

4. Améliorer l'image pixellisée

collectif | 15 min. | recherche

- L'enseignant propose aux élèves d'essayer d'améliorer l'image pixéllisée obtenue. Il demande aux élèves s'ils ont des idées.

Deux pistes peuvent surgir :

- Soit on utilise des carrés (pixels) d’autres couleurs

- Soit on utilise plus de carrés. Cette seconde option, permet de toucher à la notion de « résolution » : en augmentant le nombre de cases, on peut affiner le dessin de l’image et la rendre encore plus facilement identifiable (mais le nombre de pixels augmente très vite : une grille de 7x7 contient 49 pixels, et en doublant chaque dimension on doit dessiner 196 pixels, et ainsi de suite…)

- L'enseignant donne alors aux élèves une seconde grille, plus fine de 14x14 pixels (bas de la fiche 6). Les élèves doivent répéter l’opération précédente et ainsi pixelliser l’image initiale sur cette nouvelle grille. Le PE doit veiller à ce que les élèves ne décalquent pas simplement le dessin fourni.

5. Conclusion et trace écrite

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

A l'oral, les élèves disent ce qu'ils ont appris et compris : "On peut représenter une image par une grille de pixels noirs ou blancs".

Ils notent cette phrase dans leur cahier de mathématiques.

5

Traverser le labyrinthe

Dernière mise à jour le 24 mai 2019
Discipline / domaine
Espace et géométrie
Objectif
Evaluer les enfants par rapport à la notion d’algorithme en les faisant agir et en se dirigeant selon un « programme » préparé au préalable.
Donner un sens à la notion « d’algorithme » à travers un savoir-faire concret.
Durée
38 minutes (4 phases)
Matériel
En salle d'EPS : un assez grand espace pour qu'un enfant circule entre des obstacles
Du petit mobilier (chaises, bancs) pour fabriquer un labyrinthe
On peut aussi poser au sol des surfaces de couleurs (ex : du papier ou du tissu) pour matérialiser un labyrinthe


1. Compréhension du problème

collectif | 5 min. | découverte

Afin de voir ce que vous avez appris lors des séances précédentes nous allons jouer à un jeu qui s'appelle Robot "élève".

Pourquoi robot élève ?

Parce qu'un élève devra se comporter comme un robot et suivre des instructions simples:  « avancer d'un pas », « tourner [d'un quart de tour] à gauche »  « tourner [d'un quart de tour] à droite »

L'enseignant mime les trois instructions, sur le tapis.

Celui qui incarne le rôle du robot n’a pas le droit de comprendre le langage humain, mais juste un langage très limité pour effectuer une action décomposée en étapes élémentaires.

 

 

2. Faire sortir le robot d'un labyrinthe

collectif | 10 min. | recherche

On demande un volontaire qui fait le robot et sera dirigé par les élèves à tour de rôle.

Les seules consignes à utiliser sont: « avancer », « gauche », « droite »

Les élèves à tour de rôle  proposent une instruction pour in fine faire sortir l'élève robot du labyrinthe.

 

 

 

3. Faire sortir un camarade du labyrinthe

binômes | 20 min. | évaluation

On divisera la classe en deux pour ne pas être trop nombreux sur le parcours.

On fabriquera une grande quantité de cartes à jouer avec les mots « avancer », « gauche », « droite ». 

Un élève "pilote" préparera une séquence de carte puis il la donnera à son binôme, l'élève "robot". 
Ce dernier devra exécuter cet algorithme sans « réfléchir » .

Si l'élève "robot" réussi en respectant les consignes à sortir l'élève "pilote" aura gagné. On inversera ensuite les rôles puis les groupes.

 

 

4. Bilan

collectif | 3 min. | mise en commun / institutionnalisation

Temps de partage :  

Qu’est-ce que j’ai appris?

Qu’est-ce qui était difficile?