Mathématiques en CP, CE1 et CE2 (cycle 2) page 36 - fiches de préparation, séquences

Nombre ordinal Le nombre ordinal exprime un ordre, un rang, un classement. Dans un classement, la position d’un nombre par rapport à un autre s’exprime à l’oral et à l’écrit. Les deux premiers nombres ordinaux sont irréguliers car « un » se dit le « premier » et s’écrit « 1er » en chiffres. « Deux » se dit le « deuxième » ou le « second » et s’écrit « 2e » ou « 2d ». Pour les autres nombres ordinaux, à l’oral et à l’écrit en lettres, on ajoute le suffixe « ième » au mot-nombre. Pour écrire un nombre ordinal en chiffres, on ajoute un « e » à droite du nombre. Exemples : « trente » s’écrit « trentième » en lettres et s’écrit 30e en chiffres : « mille » s’écrit « millième » en lettres et s’écrit 1000e en chiffres. On peut également exprimer le « n-ième » comme le dernier d’un ordre ou d’un classement. Ordonner Ordonner, c’est mettre en ordre, classer, ranger des choses, des idées. En mathématiques, on parle d’une suite ordonnée de nombres, c’est-à-dire de nombres rangés dans un ordre croissant, du plus petit au plus grand, ou dans un ordre décroissant, du plus grand au plus petit. La position Pour définir la position d’un objet, il est nécessaire de donner un repère dans l’espace ou dans le temps. Le repérage et l’acquisition des notions de position (devant - derrière - dessous - dessus - entre - avant - après - gauche - droite) passent par des situations concrètes à faire vivre avec le corps en motricité, à partir de mimes (avec du matériel) et de schémas. Le repérage dans le temps d’une position nécessite de décrire la position à un instant t et de comprendre que, la situation étant dynamique, la position peut changer. Numéro On distingue le numéro qui s’écrit également avec les dix chiffres entre 0 et 9. Pour autant, il ne désigne pas une quantité. Il peut parfois désigner un ordre lorsqu’on l’utilise pour donner un repère. Exemple : J’habite au numéro 63 de la rue Lamartine. Mon voisin habite au numéro 68 de la rue Lamartine. Ma maison est avant la sienne. Un numéro de téléphone est composé de chiffres, il ne désigne ni une quantité (nombre cardinal), ni un ordre (numéro d’ordre). Un numéro permet alors de distinguer des objets, des personnes... par un nom distinct. On peut lire et écrire ces numéros en isolant ou en groupant les chiffres de différentes manières. Exemple : 07 15 66 49 50 ou 0 715 664 950 ou 0715 6649 50...

Contexte Dans l’unité 1, les élèves ont développé des compétences de dénombrement, tandis que dans l’unité 2, ils ont acquis la notion de « parties dans le tout » en travaillant les familles des nombres de 0 à 10. La combinaison de ces acquis constitue une base essentielle pour l’apprentissage de l’addition. En effet, les enfants vont pouvoir mobiliser leurs compétences de dénombrement pour comprendre la stratégie additive qui consiste à compter à partir d’un nombre. Leur compréhension de la relation entre les « parties » et le « tout » va quant à elle faciliter la transition vers la notion d’addition comme action ou procédé qui associe les parties pour donner le tout. Histoires d’additions Traditionnellement, les énoncés des exercices d’entraînement à l’addition se contentaient de décrire des situations ou des problèmes additifs en demandant aux élèves de trouver les résultats. Mais les élèves apprennent très vite à identifier le vocabulaire de l’addition, comme « en tout », et auront dès lors tendance à additionner les deux nombres en question sans y accorder de véritable réflexion. Dans cette unité, on demande aux élèves non seulement de résoudre des problèmes, mais aussi d’en créer à partir d’une image ou d’une égalité. Phrases mathématiques Tout comme les expressions linguistiques, les expres- sions mathématiques doivent respecter les règles de la grammaire et de l’orthographe pour pouvoir exprimer quelque chose qui a du sens. L’expression « + 3 = » n’a au- cun sens, contrairement à « 3 + 4 ». Il suffit d’unir deux expressions par un signe égal pour former une égalité : « 3 + 4 = 7 » est une expression correcte et porteuse de sens dans notre système décimal de numération, tandis que « 3 + 4 = 10 » ne l’est pas. En grammaire française, une suite de mots qui a un sens forme une phrase. En mathé- matiques, une suite de symboles comme « 3 + 4 = 7 », qui affirme une réalité, est une phrase mathématique. Le sens du signe égal L’exploration des histoires d’additions permet de donner du sens à des égalités comme 7 + 2 = 9 dans l’esprit des élèves. Des études ont dévoilé la façon dont les jeunes élèves comprennent le signe égal : pour beaucoup d’entre eux, le symbole = constitue un 22 ordre implicite d’effectuer un calcul afin de fournir une réponse correcte. Lorsque des élèves qui ont cette vision limitée de l’égalité se retrouvent face à l’opération « 8 + 5 = ____ + 6 », ils complètent par 13 au lieu de 7. Il faut aider les élèves à envisager le signe = comme une mise en relation de deux expressions équivalentes. La capacité de traiter des expressions telles que 3 + 4, 2 + 5 et 1 + 6 comme des objets d’étude constitue une étape préalable à la capacité d’envisager plus tard a + b et 2x + 1 comme des objets d’étude algébrique, et ce sans éprouver le besoin de « les calculer ». La capacité d’envisager 7 (ou tout autre nombre) comme l’expression de deux termes ou plus et d’en comparer des expressions équivalentes, telles que 3 + 4 = 2 + 5, est extrêmement précieuse en mathématiques. Modèles structuraux Il existe trois principaux modèles additifs. Changement d’état On commence par un état initial ; par exemple 4 oiseaux sur une branche. D’autres oiseaux, par exemple 2, se joignent aux premiers. Ajouter 2 constitue l’action, la transformation ou le changement. On obtient par la suite un état final : 6 oiseaux en tout. Composition d’état Les deux séries d’oiseaux sont présentes depuis le début, par exemple 4 oiseaux blancs et 2 oiseaux gris ; comme dans le premier cas, les parties sont réunies pour former un tout plus grand. Il existe toutefois une différence subtile : dans le premier cas, il s’agit d’un scénario dynamique, tandis que le second implique une observation statique. Dans la méthode de Singapour, le premier modèle s’appelle « avant-après » et le deuxième « partie-tout ». Comparaison d’état On compare deux quantités, et on recherche soit une quantité, soit la différence entre les deux. Ce modèle plus exigeant est introduit plus tard, une fois que les notions de « plus que » et « moins que » sont mieux assimilées. Différentes stratégies pour additionner Les élèves développent trois stratégies principales pour additionner : additionner en utilisant des familles de nombres ; additionner en comptant à partir de l’un des nombres (en se déplaçant sur la bande numérique) ; additionner en faisant des dessins.

Position du corps et univers familier Le vocabulaire spatial est le plus souvent connu des élèves, mais ces derniers ne réalisent pas forcément que le vocabulaire évolue en fonction des positions, des déplacements et des points de vue. Ainsi, la gauche et la droite, le haut et le bas, sont des notions relatives et évolutives. L’utilisation du vocabulaire pose donc un problème de précision dont les élèves vont prendre conscience au fur et à mesure. Le premier obstacle chez certains enfants peut concerner la proprioception (la sensibilité aux différentes parties de son corps), qui est encore très liée chez les élèves de CP à leur faculté de compréhension et de mémorisation à long terme. C’est la raison pour laquelle, dans cette unité, un grand nombre d’activités impliquant le corps, en lien avec le cours d’EPS, sont proposées. La seconde difficulté vient de la définition de l’univers que l’enfant peut appréhender. Afin de bien poser les bases, les exercices de cette unité se situent dans la classe ou dans la cour, qui sont des espaces clos dont toutes les parties sont visibles. Cette première étape est nécessaire avant de passer à l’abstraction. De la classe au plan Au cours de la séance 16, les élèves sont amenés à décrire le dessin d’une classe. Lors de la séance 17, ils décrivent sa représentation sous la forme d’un plan, c’est-à-dire en adoptant un point de vue spécifique. Entre ces deux étapes, la confection d’une maquette leur est proposée. Une fois passée la première difficulté consistant à se repérer sur le plan, les élèves découvrent les deux qualités d’un plan : sa taille réduite et sa simplicité. En effet, dans un plan, les détails qui perturbent la perception d’ensemble sont supprimés et l’on passe de trois à deux dimensions, ce qui diminue les ambiguïtés qui peuvent subsister lorsque les élèves tentent de décrire l’espace. Le vocabulaire utilisé pour décrire la position ou le déplacement devient donc plus efficace. Du plan au quadrillage Cette vue de haut que propose le plan permet ensuite aux élèves d’appréhender les quadrillages (séances 18 et 19), non pas seulement comme des tableaux de données – auxquels ils ressemblent – mais comme des représentations de l’espace. Ainsi, le jeu de la bataille navale est une vision « vue d’en haut » d’un océan, dans lequel les lignes et les colonnes deviendront les futures latitudes et longitudes. Cette représentation quadrillée de l’espace permettra, dès le CE1, d’appréhender les notions d’aires et de surfaces. En effet, calculer l’aire d’une figure consistera naturellement à compter les cases qu’elle occupe sur un plan quadrillé. La distinction entre les cases (séance 18) et les nœuds (séance 19) permet d’approcher la notion de points sur les futures représentations que seront les axes des abscisses et des ordonnées. Enfin, en codant les déplacements sur les quadrillages, les élèves approfondissent leur faculté de projeter l’espace réel sur une représentation abstraite. Le point de vue Quittant le point de vue spécifique (vertical) du plan, les élèves doivent maintenant s’habituer à adopter n’importe quel point de vue pour décrire une situation spatiale (séance 20). Cette gymnastique mentale leur permet non seulement d’approfondir leur compréhension du vocabulaire spatial, mais également le caractère relatif des positions. En se plaçant à droite, à gauche, au-dessus ou en dessous d’un objet ou d’une personne, on n’en voit pas les mêmes aspects. Les élèves, après avoir appris à décrire la position des objets les uns par rapport aux autres, apprennent donc à les décrire par rapport au spectateur. En lien avec les séances de l’unité 9 sur les solides, cette étape permet de préparer les notions futures de géométrie dans l’espace, mais aussi d’aborder sous un angle nouveau et riche les arts plastiques dans le cadre de l’enseignement artistique.

-Compter La compréhension de notre système de numération commence par l’action de compter. Les parents disent « Mon enfant sait compter ! » en pensant qu’il s’agit de quelque chose de simple. Mais compter, c’est bien plus qu’énoncer la suite des mots-nombres, connaître leur ordre et savoir les écrire. Cela implique des interactions entre de nombreux concepts et compétences. Compter par cœur. Beaucoup d’élèves qui entrent au CP connaissent la comptine numérique. Ils l’ont apprise en l’entendant récitée par d’autres et en la récitant eux-mêmes. Mais connaître le nom des nombres ne signifie pas savoir compter, pas plus que connaître l’alphabet ne signifie savoir comment utiliser le langage écrit. C’est en utilisant les nombres dans des contextes variés que les élèves construisent leur compréhension des quantités. Correspondance un à un. Au début, les élèves aiment réciter en chœur la comptine numérique mais n’associent pas les nombres prononcés aux objets comptés. Ils apprennent progressivement qu’un nombre prononcé correspond à un objet compté. Pour évaluer la maîtrise de cette correspondance un à un chez un élève, il faut lui demander de compter un petit nombre d’élèves dans une zone de la classe, puis lui demander combien ces élèves ont de tables. S’il recommence à compter, c’est qu’il n’a pas compris qu’à un élève correspondait une table. Garder la trace. Apprendre à garder la trace des objets comptés quand on dénombre des objets concrets ou un ensemble d’éléments sur une page d’un livre est capital. Les élèves qui ne maîtrisent pas cette compétence vont compter des objets en double et/ou en oublier. Il faut les aider à trouver des stratégies qui leur permettent de compter correctement. Associer le dernier nombre compté à une quantité. En plus de la correspondance un à un et de la pratique du décompte exact, les élèves doivent comprendre que le dernier nombre compté est la réponse à la question « Combien d’éléments y a-t-il dans cet ensemble ? » Ceci combine la cardinalité (de l’ensemble) et l’ordinalité (de la suite de nombres). L’ordre des nombres est immuable mais l’ordre dans lequel on compte les objets peut varier. Découvrir le nombre. Au fil du temps, les élèves découvrent qu’un nombre, par exemple cinq, caractérise tous les ensembles de cinq éléments, quelle que soit la nature de ces éléments, qu’ils soient grands ou petits, éloignés les uns des autres ou groupés. Pour avoir une entière compréhension du concept de nombre, les élèves doivent faire par eux-mêmes cette découverte, l’une des plus anciennes dans l’histoire des mathématiques. - Comparer Compter implique aussi de comprendre les relations entre les nombres. À cet effet, les élèves comparent les objets de différentes collections. Ils doivent comprendre que compter peut servir à comparer, ce qui repose sur le lien entre la suite des nombres et la cardinalité : des nombres plus éloignés dans la suite correspondent à de plus grandes quantités que des nombres plus proches. Il est plus facile de trouver lequel parmi deux ensembles contient le plus d’éléments que de trouver combien d’éléments de plus il contient, mais il s’agit déjà d’une première étape pour trouver cette différence. -Représenter La façon de représenter les concepts mathématiques comme les nombres est fondamentale pour la compréhension et l’utilisation de ces concepts par l’enfant. Le terme « représentation » s’applique aussi bien aux processus et résultats observables qu’à ceux qui se produisent dans l’esprit de l’enfant qui fait des mathématiques. Les élèves apprennent que les nombres peuvent être représentés à l’aide de mots, de symboles, d’objets, de dessins, de la bande numérique, de boîtes de 10 et plus encore. Plus nombreuses et variées sont ces représentations, plus profonde sera la compréhension des nombres et plus l’enfant sera capable de se créer des images mentales, si importantes en mathématiques. Faire comprendre aux élèves les différentes représentations et les aider à établir entre elles des connexions est primordial.

Introduction L’addition et la soustraction sont deux concepts fondamentaux des mathématiques, dont on trouve des applications dans de nombreuses situations et de nombreux domaines, y compris en dehors des mathématiques. La soustraction est une opération très riche dans la mesure où elle s’utilise dans des contextes variés, avec différents sens. • Le sens « retrancher » : j’ai 5 fraises, j’en mange 2, combien m’en reste-t-il ? • Le sens « décomposer » : j’ai 5 livres, 2 sont rouges, les autres sont bleus. Combien y a-t-il de livres bleus ? • Le sens « comparer » : j’ai 7 stylos, ma sœur en a 9, combien en ai-je de moins qu’elle ? Le premier sens est le plus facilement accessible aux élèves, et c’est avec lui que la soustraction est introduite (séance 36). Dans cette unité, seuls les deux premiers sens sont étudiés. Le troisième sens sera vu dans l’unité 10. Addition et soustraction Mathématiquement, l’addition et la soustraction sont deux opérations réciproques. Partant d’un nombre quelconque, si l’on ajoute un nombre n et que l’on retranche ensuite ce même nombre n, on revient au nombre de départ : 5 + 2 – 2 = 5. De même, 5 – 2 + 2 = 5. Quand ils auront vu les nombres entiers relatifs, les élèves apprendront que retrancher n, c’est ajouter son opposé -n, et toute soustraction sera interprétée comme étant une addition : 7 – 3 = 7 + (-3). C’est pour préparer le terrain pour ces futurs apprentissages qu’il est important que les élèves acquièrent dès le CP une bonne compréhension du sens de la soustraction en lien avec celui de l’addition. Histoires de soustractions pas à des rédactions-types d’énoncés. Sinon, dans la résolution de problèmes, ils ne fonctionneront que par réflexes et non en mobilisant leur compréhension. Ainsi, un problème tel que « Il reste 2 voitures rouges et 5 bleues. Combien reste-t-il de voitures en tout ? » risquerait d’être résolu par le calcul 5 – 2, puisque l’énoncé contient l’expression-clé « combien reste-t-il ? » Phrases mathématiques Comme avec l’addition dans l’unité 4, il faut souligner que les phrases mathématiques faisant intervenir la soustraction suivent des règles précises (voir l’introduction de l’unité 4). Ce parallèle entre phrases françaises et phrases mathématiques permet de faire sentir le côté concret des mathématiques : on peut tout à fait exprimer une soustraction en langage usuel (phrase française) mais on utilise le langage mathématique parce qu’il est plus concis et plus adapté aux calculs qui seront faits ultérieurement. Différentes stratégies pour soustraire L’étude des unités 1 et 2 a fait acquérir aux élèves des compétences qui les ont préparés à l’apprentissage de l’addition (unité 4) et de la soustraction. Compter à rebours (unité 1, séance 3) prépare la compréhension de l’une des stratégies pour soustraire utilisées dans cette unité (séances 40 et 41). Saisir les relations entre le tout et les parties (unité 2) prépare la compréhension d’une autre stratégie (séance 39) mais permet surtout de réaliser que la soustraction sert à trouver, à partir du tout et de l’une des parties, l’autre partie. Les élèves vont découvrir dans cette unité trois stratégies principales pour soustraire : 1) en utilisant les familles de nombres, 2) en comptant à rebours, 3) en faisant des dessins. Cette variété de stratégies est très importante puisqu’elle donne aux élèves une meilleure compréhension de la notion de soustraction et leur permet de se créer des représentations mentales variées. Comme cela a été fait pour l’addition dans l’unité 4, il est demandé aux élèves d’inventer des histoires de soustractions afin qu’ils soient actifs et non de simples utilisateurs de méthodes stéréotypées. Rien de tel pour comprendre ce qu’est une soustraction que d’inventer soi-même un énoncé et résoudre le problème posé. (Cette remarque est d’ailleurs valable dans tous les domaines des mathématiques.) Comme pour l’addition, il est indispensable que les élèves ne s’habituent ferait que nuire à cette acquisition. Prenez le temps d’aider les élèves à acquérir une compréhension solide du sens de la soustraction. Insister prématurément sur l’aspect purement calculatoire ne