le rapport de 2 grandeurs de même nature. Comme π = P cercle/ Ø cercle
le calcul d’une moyenne,
la grandeur quotient associée à 2 grandeurs de natures différentes. Par ex: V= d/t (km/h)
La division de 2 nombres décimaux non entiers n »est pas étudié à l’école primaire => collège. Par contre on apprend la division décimale de 2 nombres entiers (CM1) et la division d’un nombre décimal par un entier (CM2).
2. Définition et propriétés
Dans N (les entiers naturels), la division avec reste est appelée division euclidienne: a = b x q + r
a est le dividende, b le diviseur, q le quotient et r le reste, il est toujours positif ou nul et TOUJOURS INFÉRIEUR à 0.
La division n’est ni commutative, ni associative. 1 est l’élément neutre tel que : a/1 = a
3. Progressivité des apprentissages
3.1 Au CE1
La compétence à construire et à acquérir pour le fin du CE1: approcher la division de 2 nombres entiers à partir d’un problèmes de partages ou de groupements. Partage par 2 et par 5.
Il est attendu que l’élève soit capable de :
reconnaître un problème de « division », sachant que ce mot peut avoir deux sens:
partage: basé sur le partgae du dividende par le diviseur. C’est celui qui est le plus vite reconnu par les élèves.
groupement: basé sur la recherche du nombre de fois où le diviseur est contenu dans le dividende. Par exemple: combien de fois 2 dans 10
dire que » dans une classe de 27 élèves on peut faire 5 équipes de 5 élèves et qu’il en reste 2″
écrire 10 ÷ 2 = 2 ou 11 = (2 x 5) +1
En fin de CE1 l’élève doit reconnaître des situations de partage ou de groupements.
3.2 Au CE2
Compétences à construire et acquérir:
« Connaitre une technique opératoire de la division et la mettre en oeuvre avec un diviseur à un chiffre »
» Résoudre les problèmes de groupements et de partage: utiliser la division posée pour chercher le nombre de parts ou la valeur d’une part.«
Pour y parvenir:
introduire l’idée de division en calcul mental par division exacte,
étendre l’idée de division en calcul mental par division avec reste,
entrainement avec des situations de partage puis de groupement, puis les 2 ensembles,
faire émerger la nécessité d’utiliser une technique opératoire . Commencer par diviser un grand nombre par un petit et montrer la limite des procédures schématives, calcul mental, procédure additive, ..
présenter la technique opératoire. En premier, on peut s’appuyer sur la procédure soustractive
Réinvestir à travers des problèmes variés.
3.3 Au CM1
Compétences à construire et acquérir:
» savoir poser/effectuer une division euclidienne de 2 entiers »
» savoir poser et effectuer une division décimale de 2 entiers »
Pour ce faire, l’élève doit être capable de:
maîtriser les 2 sens de la division : partage/groupement
maîtriser les tables de multiplication
connaitre la valeur de chaque chiffre selon sa position dans un nombre (entière, décimale, .)
estimer le résultat ( encadrement, partage, …)
mémoriser les résultats successivement obtenus
vérifier/ contrôler le résultat.
3.3 Au CM2
Compétences à construire et acquérir:
» savoir diviser un nombre décimal par un nombre entier »
4. Les difficultés.
La division est posée de gauche à droite.
Elle demande l’exécution simultanée de division, multiplication et soustraction.
La retenue peut être supérieure à 1 si la soustraction est partielle
Bien que simple d’apparence la multiplication revêt des difficultés importantes pour l’élève. Tout d’abord « qu’est-ce que la multiplication ? » La réponse à cette question est immédiate la multiplication est 1 des 4 opérations. Elle fournit à partir de 2 nombres un autre nombre appelé produit.
Il faut s’interroger sur la manière dont est conçu le produit. Prenons l’exemple du produit de 6 et 4 : il peut s’agir du résultat de l’action du nombre 6 sur le nombre 4, afin d’obtenir l’addition de 6 fois le nombre 4: 4+4+4+4+4+4 ou de l’action du nombre 4 sur le nombre 6: 6+6+6+6. Le résultat est toujours 24.
Il faut bien comprendre que selon le contexte 6 et 4 ne jouent pas le même rôle. Je peux avoir 4 paquets de 6 carottes ou 6 paquets de 4 carottes. La répartition est différente, les actions sont différentes mais le résultat est le même. On parle de commutativité : a x b = b x a.L’ ordre des nombres n’importe pas pour le produit
2. Symbolique et langage
Pour comprendre cette difficulté, je prendrai pour exemple un calcul mental du produit de 15 x 2.
Comment peut-on dicter 15 x 2 ? Il s’avère que ce calcul peut se dire de trois manières différentes : «quinze fois deux » ; « deux fois quinze» et « quinze multiplié par deux ».
Selon la manière dont est énoncé le calcul en particulier « deux fois quinze », les réussites des élèves ne sont pas identiques…
Ces trois traductions sont valides mais chaque énonciation est porteuse d’un sens qui facilite ou non l’obtention du résultat.
Par exemple:
– « quinze fois deux » exprime l’action du nombre 15 sur le nombre 2, le multiplicande -nombre sur lequel on agit– est 2 et que le multiplicateur -nombre qui agit ou le nombre de fois– est 15,
– « deux fois quinze » exprime l’action du nombre 2 sur le nombre 15,le multiplicande -nombre sur lequel on agit– est 15 et que le multiplicateur -nombre qui agit ou le nombre de fois– est 2. Les les élèves comprennent vite qu’il s’agit du double de 15 les conduisant facilement au résultat.
– « quinze multiplié par deux» traduit la multiplication de 15 et de 2. C’est une expression « neutre » qui n’induit aucun multiplicateur. C’est au calculateur de faire ensuite la traduction la plus appropriée (en « deux fois quinze »).
Il faut ainsi utilisé un parler cohérent et avoir conscience que pour la table de 5 par exemple, il faut dire/ écrire:
5 x 1 : cinq multiplié par un
5 x 2: cinq multiplié par deux ..
ou
1 x 5 : cinq fois 1 ( je compte 5 fois le nombre 1)
2 x 5 : cinq fois 2 ( je compte 5 fois le nombre 2)
Et il faut être très clair dans cet enseignement tant que la commutativité n’est pas installée.
Par exemple pour 7 x 9, il est possible d’aider les élèves à s’y retrouver en leur disant : – combien a-t-on d’éléments ? 9 – combien de fois les multiplie-t-on ? 7 – montre-t-on avec un geste les groupements de 9 x 7?
3. Les propriétés en jeu dans la multiplication
Propriétés de la numération décimale:
la décomposition du nombre sous forme canonique: abc = a x 100 + b x 10 + c x 1
la valeur d’un chiffre en fonction de sa place dans l’écriture du nombre,
l’échange de 10 unités par 1 dizaine
Propriétés propres à la multiplication :
distributivité de la multiplication par rapport à l’addition: a x ( b + c) = (a x b) + ( a x c) ou a (b + c)= ab + ac et idem sur la soustraction
commutativité : a x b = b x a. Il est possible d’intervertir les 2 termes de l’opération sans en changer le résultat. Ceci peut avoir une influence sur les procédures utilisées par les élèves.
associativité (a x b)x c= a x (b x c)
élément neutre : 1 x a = a x 1 = a, le résultat d’une multiplication d’un nombre par 1 est toujours égal à ce nombre.
le rapport d’égalité si a x c = b x c alors a = b
l’élément nul : a x 0 = 0 x a = 0
Attention ces propriétés ne font pas l’objet d’un apprentissage particulier à l’école primaire!!!
Autres propriétés:
règles de multiplications par 10, 100, ..
les tables d’additions et la technique de l’addition posée
4. L’algorithme de la multiplication
Alors, autant le dire de suite à chaque pays sa manière de poser une multiplication ou presque.
Chez nous, elle est posé de la manière suivante:
Il faut comprendre qu’à chaque ligne correspond un rang du système décimal. Sur la première ligne après la première barre horizontale, on écrit le produit du multiplicande ( 2134) avec le chiffre de l’unité (6) du multiplicateur (306) et ainsi de suite.
Il faut bien faire attention à ne pas dire qu’il n’y a rien pour les lignes suivantes.
Car la seconde ligne va représenter la ligne du produit de la dizaine du multiplicateur avec le multiplicande, c’est pourquoi on « se décale d’une case » et qu’on ajoute un zéro. Cette manipulation n’a rien d’arbitraire mais représente la dizaine.
On fait de même avec la centaine et ainsi de suite.
Laisser des trous induit des erreurs de placements des chiffres.
Cette technique s’appuie sur la propriété de distributivité de la multiplication.
A retenir: la compréhension de la technique usuelle de la multiplication nécessite donc la coordination de plusieurs types de connaissances ( tables, retenue, addition, disposition, règle des zéros) qui correspondent à certains types d’erreurs possibles pour la multiplication :
Disposition incorrecte au départ,
Disposition incorrecte aux autres lignes (multiplication à 2 ou 3 chiffres)
Tables de multiplication ne sont pas parfaitement mémorisées
Oubli des zéros (règle des 0 : passage du résultat de la multiplication d’un nombre par 3 à la multiplication de ce même nombre par 20, par 200)
Multiplication des retenues
Oubli, gestion des retenues –> numération décimale pour la gestion des retenues, dans les multiplications intermédiaires puis dans l’addition finale
La distributivité de la multiplication sur l’addition (45 × 7 = 5 × 7 + 40 × 7). Cela consiste à multiplier d’abord 5 par 7 et 40 par 7 puis additionner les deux résultats
Ordre de calcul à respecter
5. Les programmes
5.1 Au cycle 2
Le sens et l’automatisation se construisent simultanément.
Les quatre opérations (addition, soustraction, multiplication, division) sont étudiées à partir de problèmes qui contribuent à leur donner du sens, en particulier des problèmes portant sur des grandeurs ou sur leurs mesures.
Compétence
Modéliser » Utiliser des outils mathématiques pour résoudre des problèmes concrets, notamment des problèmes portant sur des grandeurs et leurs mesures. » Réaliser que certains problèmes relèvent de situations additives, d’autres de situations multiplicatives, de partages ou de groupements. [..] Domaines du socle : 1, 2, 4
Nombres et calculs
Des résolutions de problèmes contextualisés : [..] le travail de recherche et de modélisation sur ces problèmes permet d’introduire progressivement les quatre opérations (addition, soustraction, multiplication, division). L’étude de relations internes aux nombres : [..] décomposer/recomposer les nombres additivement, multiplicativement, ..
Attendus de fin de cycle » Comprendre et utiliser des nombres entiers pour dénombrer, ordonner, repérer, comparer. » Nommer, lire, écrire, représenter des nombres entiers. » Résoudre des problèmes en utilisant des nombres entiers et le calcul. » Calculer avec des nombres entiers.
Désignation du nombre d’éléments de diverses façons : écritures additives ou multiplicatives, écritures en unités de numération, écriture usuelle
Problèmes relevant des structures multiplicatives, de partages ou de groupements (multiplication/division).
Modéliser ces problèmes à l’aide d’écritures mathématiques.
Sens des symboles +, −, ×,
5.2 Au cycle 3
Le cycle 3 vise à approfondir des notions mathématiques abordées au cycle 2, à en étendre le domaine d’étude, à consolider l’automatisation des techniques écrites de calcul introduites précédemment (addition, soustraction et multiplication)
Compétence
Modéliser Utiliser les mathématiques pour résoudre quelques problèmes issus de situations de la vie quotidienne. Reconnaître et distinguer des problèmes relevant de situations additives, multiplicatives, de proportionnalité. [..]
Nombres et calculs
Connaître et utiliser diverses désignations d’un nombre décimal (fractions décimales, écritures à virgule et décompositions additives et multiplicatives)
Calculer avec des entiers et des décimaux => Connaître et mettre en œuvre un algorithme de calcul pour effectuer : posé pour l’addition, la soustraction, la multiplication de nombres entiers ou décimaux la division euclidienne d’un entier par un entier la division d’un nombre décimal (entier ou non) par un nombre entier.
Calcul posé Connaître et mettre en œuvre un algorithme de calcul pour effectuer : posé pour l’addition, la soustraction, la multiplication de nombres entiers ou décimaux la division euclidienne d’un entier par un entier la division d’un nombre décimal (entier ou non) par un nombre entier
Résoudre des problèmes en utilisant des fractions simples, les nombres décimaux et le calcul => Résoudre des problèmes mettant en jeu les quatre opérations. Sens des opérations. et problèmes à une ou plusieurs étapes relevant des structures additive et/ou multiplicative.
6. Progression
CE1 : on s’appuie sur l’addition itérée pour introduire la multiplication.
C’est la découverte de l’écriture multiplicative. Fin de CE1 table de 2, 3, 4 et 5, les doubles, les moitiés. Construction de la technique opératoire de la multiplication. On privilégie la multiplication de nombre à 2 ou 3 chiffres par un chiffre.
CE2: redécouverte de la multiplication .
Décomposition d’un produit de facteurs en laissant un facteur inchangé et en décomposant l’autre sous la forme d’une somme ou d’un produit. Par exemple: 8 x 14 = (8 x 10 ) + (8 x 4),
Composition de deux produits ayant un facteur commun
Extension de la règle du zéro pour calculer. 6 x 50 or 5 x 10 =50 et 5 x 6 =30 donc 6 x 50 = 30 x 10 = 300
CM1: les élèves découvrent la technique usuelle de la multiplication et approfondissement
La table de multiplication (table de Pythagore)
Numération décimale pour la gestion des retenues, connaitre la position de chaque chiffre à la fois dans la multiplication intermédiaire et finale.
Règle des zéros. Passage du résultat de la multiplication d’un nombre par 3 à la multiplication d’un nombre par 30, 300..
Distributivité de la multiplication sur l’addition.
Au cycle 3, proposer des situations qui fassent raisonner les élèves sur la linéarité des opérateurs multiplicatifs mais également sur les problèmes de proportionnalités.
CM2: multiplication d’un décimal par un entier.
7. La typologie de Vergnaud
7. 1 La comparaison ( multiplicative) de grandeurs.
Deux états de même grandeur. Un état sert de référent pour l’autre. La question peut porter sur le référent, le référé ou la relation scalaire. La comparaison scalaire qui porte sur une relation multiplicative verbalisé en « fois plus » ou « fois moins » induit le concept d’addition. Attention aux inducteurs contre productif.
Par exemple:
On cherche le référent : Il y a 5 fois plus de chaises à la cantine que dans la classe. Il y en a 25 dans la classe. Combien y a-t-il de chaises à la cantine ?
On cherche le scalaire: Marc a 45 billes et sa sœur en a 9. Sa sœur en a combien de fois moins que lui ?
On cherche le référé: Mon frère a 24 billes. Il en a 3 fois moins que moi. Combien ai-je de billes ?
7.2. La proportionnalité simple avec présence de l’unité
La proportionnalité se définit par l’existence d’un rapport constant entre deux nombres. Un rapport scalaire (c’est à dire une multiplication) est un nombre sans unité qui exprime la relation entre deux mesures de grandeurs. Un rapport fonctionnel se définit par une relation multiplicative entre deux domaines de grandeurs différents. On dit qu’un rapport fonctionnel est explicite lorsque l’énoncé fait référence à l’unité et qu’il est implicite lorsque l’énoncé ne fait pas référence à l’unité.
Ces problèmes se résolvent avec une multiplication ou une division, permettant de trouver le produit ou le quotient des deux données.
Astuce: être vigilant quand aux nombres de grandeurs en jeu. Cela aide à trouver plus facilement le type de problème.
7.2.1 Multiplication
Dans ce cas, on recherche nombre total d’éléments. Il y a 2 grandeurs en jeu.
Les problèmes sont modélisés par b x c =?
1 est clairement la référence à l’unité.
Par exemple:
a. Un dictionnaire coûte 38€. Combien coûtent 8 dictionnaires ? = > les 2 grandeurs sont : le dictionnaire et le prix b. Le prix d’un mètre de fil coûte 12€. Combien coûtent 4,5 mètres de fil ? = > les 2 grandeurs sont : le mètre de fil et le prix
7.2.2 Division partition ou la recherche de la valeur d’une part
Il y a 2 grandeurs en jeu.
On cherche à connaitre la valeur de la part c’est à dire d’une unité.
La modélisation est différente selon que les grandeurs sont discrètes ou continues.
Grandeurs discrètes: d = (b x c) + r avec r positif ou nul mais toujours inférieur à b et c est le nombre recherché dans N
Grandeurs continues: d = (b x c), c (?) dans R ou D
Par exemple:
Trois enfants se partagent 27 bonbons. Ils en prennent tous le même nombre. Combien chacun a-t-il de bonbons ? => les 2 grandeurs sont: les enfants et les bonbons. La valeur de la part est : le nombre de bonbons qu’à chaque enfants. L’opération a effectué est une division.
Sept personnes ont participé à un repas. Le prix total à payer est de 126 euros. Ce total doit être partagé équitablement entre les convives. Combien chaque personne doit-elle payer ? => Les 2 grandeurs sont: les personnes et le prix. La valeur de la part est : le prix payé par personne. L’opération a effectué est une division.
L’achat de 12 dictionnaires identiques a coûté 372 €. Quel est le prix d’un seul dictionnaire ? les 2 grandeurs sont: les dictionnaires et le prix. La valeur de la part est : le prix d’un dictionnaire. L’opération a effectué est une division.
7.2.3 Division quotition ou la recherche du nombre de parts oud e groupements.
Il y a 2 grandeurs en jeu.
On cherche à connaitre le nombre de part
La modélisation est différente selon que les grandeurs sont discrètes ou continues.
Grandeurs discrètes: d = (b x c) + r et b est le nombre recherché dans N
Grandeurs continues: d = (b x c), b(?) dans R ou D
Par exemple:
Une fermière range 48 œufs dans des boîtes de 6 œufs. Combien de boîtes d’œufs remplit-elle ? => les 2 grandeurs : les œufs et les boites d’œufs
Pendant ses vacances, Jean a fait 96 photos. Pour les ranger, il les met dans son album en mettant toujours 8 photos par page. Combien de pages d’album remplira-t-il avec toutes ses photos ?
Un électricien a acheté du câble à 3€ le mètre. Il a payé 270 €. Quelle longueur de câble a-t-il acheté ?
7.3. La proportionnalité simple sans présence de l’unité
7.3.1. Quatrième de proportionnelle
Il y a 2 grandeurs en jeu.
Ces problèmes faisant intervenir trois données, ils ne peuvent être résolus directement par une multiplication ou une division. Le vaste champ de la proportionnalité ouvre à des procédures de résolution diverses, selon le contexte, la nature des données numériques, le niveau de représentation et/ou de connaissance de chacun.
Ce type de problème se modélise souvent tel que : ? = (b x c) x 1/a
Par exemple:
4 albums coûtent 6 €. Combien coûtent 10 albums ?
Pour une séance de géométrie, il faut 4 feuille de bristol pour un groupe de 3 élèves.La classe compte 21 élèves. Combien le maître doit-il prévoir de feuilles de bristol ?
Des enfants reçoivent des pochettes contenant 2 grandes images et 5 petites. Armelle a déjà reçu 6 grandes images. Combien a-t-elle reçu de petites images ? Pour son anniversaire Stéphanie prépare une boisson avec du sucre et des oranges : pour 7 oranges il faut 12 morceaux de sucre. Elle utilise 35 oranges. Combien lui faut-il de morceaux de sucre ? 4 dictionnaires identiques pèsent 10kg. Combien pèseraient 14 dictionnaires?
7.3.2 Comparaison de proportions
Ces problèmes ont pour caractéristique de comporter des mots inducteurs pouvant être une aide (fois) ou un obstacle (plus ou moins)
Il a 2 grandeurs en jeu.
7.4 La proportionnalité simple composée
Dans ce type de situation, il y a 3 grandeurs (X, Y et Z) en jeu et une grandeur varie proportionnellement à une autre qui varie proportionnellement à une troisième. Les problèmes faisant intervenir des conversions d’unités relèvent aussi de cette catégorie.
La problème se centre sur la recherche de b ou de d. Dans ces problèmes, il existe deux relations et cela exige souvent plusieurs calculs
Recherche de d par exemple:
Un train a 5 wagons. Chaque jour il transporte 30 passagers par wagon. Combien aurat-il transporté de passagers au bout de 10 jours ?
Un train a 15 wagons. Chaque jour il transporte 44 passagers par wagon. Combien aurat-il transporté de passagers au bout de 10 jours ?
Chaque jour un train de marchandises composé de 46 wagons transporte 12 tonnes de sable par wagon. Quelle est la quantité de sable transportée en 14 jours ?
Recherche de b par exemple:
Amélie a acheté plusieurs colliers de perles pour un prix total de 135 €. Une perle coûte 3€ et chaque collier contient 15 perles. Combien de colliers Amélie a-t-elle achetés ?
Pour faire de la confiture on a récolté 15 paniers de mûres. Il faut 3 verres doseurs de sucre par panier de fruits. Le poids total de sucre nécessaire est de 33,750 kg. Quelle masse de sucre le verre doseur contient-il ?
7.5 La proportionnalité double
Dans ce type de situation, il y a 3 grandeurs en jeu et une grandeur varie proportionnellement aux 2 autres qui sont indépendantes.
On recherche a ou d.
Recherche de a par exemple:
Un rectangle a 6 carreaux de large. Ce rectangle est composé de 72 carreaux. Combien a-t-il de carreaux sur la longueur ?
Franck doit choisir son vélo selon la couleur et la dimension du cadre. Il a 35 possibilités de choix. Il y a cinq dimensions de cadres différents. Combien y a-t-il de couleurs différentes ?
Pour décorer son sapin, Lucas a 36 boules qui différent uniquement par la couleur et la taille. Ces boules ont 9 tailles différentes. Pour chaque taille, toutes les couleurs sont possibles. Combien a-t-il de tailles différentes ?
Recherche de d par exemple:
il y a 5 garçons et 4 filles à la fête de Jules. Combien y a-t-il de couple possible pour la danse ?
Julie a 3 tee-shirt et 4 pantalons différents. De combien de manières différentes peut-elle s’habiller ?
Tom veut fabriquer des petits bateaux avec une coque et une voile. Il a le choix entre 8 formes pour la coque et 6 couleurs pour la voile. Combien de bateaux différents peut-il construire ?
Autre cas
Recherche de c par exemple:
Dans une famille, les enfants mangent tous la même quantité de brioches chaque jour. Les 3 enfants mangent 48 brioches en 8 jours. Combien de brioches chaque enfant mange-t-il chaque jour ?
Le chien Gribouille a vécu 1 million de minutes. Quel anniversaire vient-il de fêter dernièrement ?
Au cours de la mission Apollo 12, les astronautes Conrad et Bean ont effectué un séjour de 1 890 minutes sur la lune. Exprime cette durée en jours, heures et minutes. ?
8. Les variables didactiques
Le nombre de grandeurs mises en jeu par les données de l’énoncé ( 1, 2 ou 3) .
Le type de relation entre les domaines de grandeurs.
Les valeurs numériques à choisir de telles sortes que les opérations en jeu s’inscrivent dans les IO:
CE2: diviseur à un chiffre
CM1: multiplication d’un nombre décimal par un entier, division euclidienne 2 entiers, division décimale 2 entiers,
CM2: multiplication de 2 entiers ou décimaux et division d’un décimal par un entier.
Les relations arithmétiques entre les nombres favoriseront ou pas certaines procédures de calcul ou le recours ou calcul mental.
9. Les procédures
9.1 Proportionnalité simple de multiplication
Les données sont de petits nombres:
procédure utilisant le support d’un dessin ou d’un schéma
procédure additive iterée
procédure multiplicative- calcul mental
les données sont un petit et un grand nombre:
procédure d’addition itérée en utilisant le regroupement terme à terme ( arbre de calcul)
procédure multiplicative
Les données sont de grands nombres:
procédure dessin ou schéma + quelque chose
procédure itérative additive
procédure multiplicative.
9.2. Problème de double proportionnalité
Ecriture de tous les couples possibles: contrôle exhaustif
Résolution par un schéma
Résolution par un tableau à double entrée
Résolution par un raisonnement
9.3 Proportionnalité simple partition ou quotition ou PS4 ( quatrième de proportionnel)
Procédures imagées : dessin figuratif ou dessin schématisé.
Procédures itératives fondés sur l’addition ou la soustraction
Procédures multiplicatives : résoudre a * x = b:
poser une multiplication à trou (délicat!!)
essais de multiples successifs du diviseur: 12 x 10= 120, 12 x 12= 144 ( fastidieux!)
essais par approches successives ( ajustements)
procédures mixtes: quotients partielles au hasard, multiple de 10, 100
utilisation de la division
10. Les erreurs caractéristiques
Quand les nombres sont entiers:
erreurs de choix de la procédures de résolution,
erreurs dans l’exécution de la procédure choisie ou l’interprétation
erreurs dans le calcul
Quand les nombres sont décimaux:
erreurs d’interprétation de l’énoncé ( mot inducteur)
Après avoir travailler sur la théorie de Vergnaud, je me suis demandée : » mais qu’est ce qui correspond à quel âge? ». Parce que c’est bien beau pouvoir classifier les problèmes il faut le jour du concours pouvoir parfois dire si l’exercice proposer est adapté ou pas au niveau.
Alors voilà le résultat de cette cogitation.
1. Le CP
étude systématique des relations numériques entre les nombres inférieurs à 10, puis inférieurs à 20. Travail de composition et décomposition du nombre,
étude de la numération jusqu’à 100,
apprendre à poser une addition à 2 chiffres,
résolution de problèmes additifs ( beaucoup de petits problèmes variés) et jeu additif
Ces derniers problèmes sont du type :
ou ou Beaucoup des problèmes sont contextualisés dans le domaine ordinal.
2. Le CE1
soustraction et addition puis début de la multiplication.
consolidation de la maitrise de l’addition avec des nombres de plus en plus grand et de taille différentes.
apprentissage de la technique de multiplication posée ( ab x c puis ab x cd)
résolution de problèmes de l’ensemble des problèmes additifs de la typologie de Vergnaud à l’exception de la composition de transformation qui est réservée au cycle 3.
4. Apprendre à poser une opération
La première étape est l’introduction des signes des opérations + et -. Cela ce fait au CP.
La second étape est d’apprendre à réaliser des calculs en ligne.
La troisième étape est l’apprentissage des calculs posés en colonne.
5. Les obstacles liés à la résolution de problème
la lecture de l’énoncé,
le vocabulaire mathématique qui peut induire une opération plus qu’une autre,
la forme et la place de la question,
les données numériques,
les étapes du problème.
6. Quels problèmes pour quel niveau?
au CP- CE1: problème à une seule opération
fin du CE1- CE2: problème à deux opérations avec des questions intermédiaires, juxtaposition de deux opérations, calcul intermédiaire pour une calcul final.
fin CE2- CM1: succession de 3 opérations dont la dernière utilise le résultat d’une des 2 précédentes, problème à 2 opération avec une question implicite, problème à plusieurs opérations avec des questions implicites.
Cette technique s’appuie sur l’idée que la soustraction 724-56 ne permet pas seulement de calculer ce qui reste quand on enlève 56 à 724. Mais de trouver combien il faut ajouter à 56 pour obtenir 724?
Le calcul va donc s’effectuer comme une addition à trou, en s’appuyant sur la technique de l’addition posée en colonne et sur le discours associé.
Au range des unités:
Je cherche ? + 6 = 4.Soit 8+6 =14. Je place le 1 de 14 en retenu de la dizaine du nombre recherché.
Au rang des dizaines
Je cherche ? + 1 +5 =2. Je trouve 6+1+5 =12
Je place le 1 de 12 en retenu de la centaine du nombre recherché.
Au rang des centaines;
Je cherche ?+1=7. Je trouve 6+1=7
Néanmoins une fois, le principe compris, l’écriture attendu est la suivante:
Cette dernière fait apparaître le symbole de la soustraction.
Pour l’utiliser l’élève doit être capable de:
repérer les chiffres de chaque nombre
utiliser l’équivalence a – b = c <=> c + b = a
connaitre les compléments à 10 et à 20.
2. La méthode par emprunt
La méthode par emprunt (ou par cassage) est une méthode qui permet de calculer la différence. C’est l’une des deux méthodes qui utilisent les retenues. Le calcul s’effectue en empruntant une dizaine au rang supérieur.
La retenue est positionnée en haut.
Reprenons le calcul 724 – 56
Comme pour toute opération je démarre à droite.
Si dans N + ( entiers positifs), je cherche à soustraire 4 – 6 c’est impossible.
Donc j’emprunte une dizaine au rang supérieur pour donner +10 à 4. Du coup, j’ai 14 – 6 = 8.
Par contre au rang de la dizaine il ne me reste que 1 puisque j’ai « donné » une dizaine à 4.
Je poursuis la soustraction au rang des dizaines. Il est impossible de résoudre 1 – 5. Donc j’emprunte une « centaine » au rang supérieur pour la donner à 1. et j’obtiens 10+1 = 11.
Alors 11- 5 = 6
Par contre au rang de la centaine il ne me reste que 6 puisque j’ai donné une centaine à 1.
Je finalise l’opération au rang des centaines.
6 -0 = 6.
J’obtiens ainsi le résultat de la soustraction 724 – 56 = 668.
Cette méthode demande à l’élève de maîtriser les échange CDU (centaine, dizaine, unité) et pose la difficulté de la gestion du « 0 » . Comme 704- 56.
La méthode par compensation est une méthode qui permet de calculer la différence. C’est l’autre méthode qui utilise des retenues ( en haut et en bas). Elle part du principe que si l’on ajoute une dizaine à l’unité d’en haut il faut en ajouter une à la dizaine d’en bas.
Comme pour toute opération je démarre à droite.
Si dans N + ( entiers positifs), je cherche à soustraire 4 – 6 c’est impossible.
Donc j’ajoute une dizaine à l’unité du nombre d’en haut donc +10 à 4. Du coup, j’ai 14 – 6 = 8.
Par contre au rang de la dizaine du bas j’ajoute également une dizaine donc +1. 5+1 = 6
Je poursuis la soustraction au rang des dizaines. Il est impossible de résoudre 1 – 5. Donc j’ajoute une centaine à 2 qui en sur les dizaines. Donc 2+10 =12
Alors 12 – 6 = 6
Alors 11- 5 = 6
Par contre au rang de la dizaine du bas j’ajoute également une dizaine donc +1.
Je poursuis la soustraction au rang des centaines et j’obtiens.
7- (+1) = 6
J’obtiens ainsi le résultat de la soustraction 724 – 56 = 668.
Pour l’utiliser l’élève doit être capable de:
repérer les chiffres de chaque nombre
utiliser la propriété de la soustraction selon laquelle en ajoutant un nombre aux 2 termes d’une différences on obtient un nombre égal à la première. a – b = (a + c)- (b+c)
L’ enjeu du calcul mental c’est libérer l’esprit pour se concentrer sur les stratégies de recherche de de résolution de problème afin de se concentrer sur la compréhension.
Pour calculer avec aisance, il faut:
avoir mémoriserdes répertoires de résultats (tables additives et multiplicatives),
avoir mémoriser les structures et techniques qui permettent d’économiser le travail à effectuer ( par exemple 9 c’est 10-1)
être capable de choisir rapidement entre plusieurs stratégies celle qui sera la plus adaptée à la situation.
Le terme calcul mentalregroupe 2 composantes:
Le calcul automatisé:mémoriser les tables, les doubles, les moitiés, les compléments à 10.
Le calcul réfléchi: c’est à dire être capable de reconstruire ou de rendre un calcul plus simple en s’appuyant sur ce qui est connu, de développer une stratégie de raisonnement.
Des liens étroits, des allers/ retours se sont entre le calcul réfléchi et le calcul automatisé.
Le calcul automatisé requière le développement des savoirs suivants :
consolider les images mentales des petits nombres (utiliser des représentations imagées comme les constellations, les doigts, les quantités..)
mémoriser les tables d’addition et de multiplication
mettre les nombres entiers en relation: comptine ordonnée, sur-comptage/ décomptage sur la bande numérique(attention tous les didacticiens des mathématiques ne sont pas d’accord sur l’enseignement ou l’utilisation du sur-comptage), appui sur les doubles connus, répétitions des unités à l’intérieur des dizaines, opérations simples de +10 ou de +1, décomposition additives, nombres inférieurs à 10)
Les conditions de mémorisation:
Comprendre l’opération en jeu en se faisant une représentation mentales du calcul à effectuer,
Prendre conscience de la nécessité d’un répertoire: recenser les résultats, compléter le répertoire,
Développer les capacités à élaborer les résultats connus pour en construire d’autre,
Entrainement des résultats à mémoriser.
Les difficultés récurrentes reposent sur la conception erronée des élèves telle que l’interprétation de l’écriture à virgule comme d’adjonction de 2 entiers.
2. Le calcul en ligne
Le calcul en ligne est une modalité de calcul écrit ou partiellement écrit. Il est travaillé en complément du calcul mental, pour faciliter l’apprentissage des démarches et la mémorisations de la propriété des nombres.
Il permet d’effectuer sans recours à un algorithme de calcul posé des calculs trop complexes pour être intégralement traités mentalement.
Le calcul en ligne repose sur la compréhension de la notion du nombre, du principe de numération décimale de position et des propriétés des opérations.
Il participe :
au développement des compétences : calculer, chercher, représenter, raisonner
à la compréhension progressive des propriétés des opérations.
Au C1: élève quantifie les collections jusqu’à 10 au moins, compose et décompose à l’aide de manipulation mentales puis effectives.
Au C2: le calcul en ligne est articulé avec le calcul mental, opérant sur des contextes numériques qui se complexifient.
Au C3: la nature des nombres se complexifie ainsi que leurs différentes écritures. En fin de cycle les parenthèses sont introduite. Et en début de cycle les 4 opérations avec des nombres entiers.
3. Le calcul posé
C’est une méthode sécurisante qui donne à l’élève l’occasion de réinvestir les faits numériques. Il permet également l’étude du fonctionnement d’algorithmes complexe à partir de leur mise en pratique.
Par exemple la soustraction.
4. Le calcul instrumenté
C’est à dire l’utilisation de la calculatrice lors de la résolution de problèmes.
