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Manipuler en mathématiques

À l’école élémentaire, la manipulation d’objets par les élèves est indispensable à la construction des apprentissages. Les jeunes enfants ont besoin d’agir sur le réel pour donner du sens à ce qui leur est enseigné et développer leurs capacités d’abstraction.

Cela est particulièrement vrai en milieu allophone où la référence à des objets qui sont présents dans la classe et à des actions que l’on vit est le support le plus efficace à l’apprentissage d’une langue seconde : le français.

Les programmes insistent sur la nécessité qu’il y a à faire manipuler les élèves :

« Au cycle 2, on ne cesse d’articuler le concret et l’abstrait. Observer et agir sur le réel, manipuler, expérimenter, toutes ces activités mènent à la représentation qu’elle soit analogique (dessins, images, schématisations), ou symbolique abstraite (nombres, concepts). Le lien entre familiarisation pratique et élaboration conceptuelle est toujours à construire et reconstruire, dans les deux sens. »

Au cycle 3, la place qu’il faut donner à la manipulation, à l’observation et à l’expérimentation, la nécessité qu’il y a à donner un sens concret aux notions sont constamment rappelées, y compris en mathématiques.

À ce sujet, les conclusions de la conférence de consensus « NOMBRES ET OPÉRATIONS : PREMIERS APPRENTISSAGES À L’ÉCOLE PRIMAIRE » (nov. 2015) sont très claires :

« Un formalisme prématuré [le passage trop rapide aux écritures symboliques] nuit à la compréhension des nombres ; le recours à la manipulation et à l’expérimentation ne concerne pas seulement l’école maternelle, mais doit s’étendre à l’école élémentaire. »

Voici donc un certain nombre d’outils dont l’exploitation raisonnée permettra de faire progresser les élèves.

Boite Picbille

La boite de type Picbille avec double rabat (5+5) alliée à la technique de masquage expliquée dans « J’apprends les maths » (éditions Retz) est le support le plus adapté pour apprendre les décompositions additives des nombres inférieurs ou égaux à 10, en particulier les compléments à 5 et à 10, puis le passage à la dizaine.
Il est possible de l’acheter ou de la fabriquer :

Boite Picbille réalisée avec du papier rigide et des bouchons

Un autre outil intéressant :

La balance à calculs

La balance à calculs (éditions Buki) est un autre outil qui permettra de travailler les décompositions additives des nombres inférieurs ou égaux à 10. Il sera également possible de comparer très concrètement les grandeurs auxquelles ils se rapportent.

Le Numérano

Le Numérano (éditions Nathan) reprend le même principe que la boite Picbille. La facilité qu’il y a à empiler les boites permet un travail en calcul mental basé sur l’application des techniques de décomposition au-delà du passage à la dizaine.

Système d’abaques du Numérano

Par ailleurs, le principe d’empilement des boites est combiné avec des abaques. Ceci permet d’explorer les propriétés de notre système de numération et, en particulier, de comprendre la valeur d’un chiffre en fonction de sa position dans l’écriture d’un nombre.

Bouliers chinois

Abaques et bouliers sont d’ailleurs des supports précieux à l’enseignement du nombre et du calcul. Le boulier chinois facilite la représentation mentale des quantités grâce à son architecture (5 unaires, les doigts, et 2 quinaires, les mains).

L’abaque de type boulier représenté ci-dessous permet de mettre en évidence les 2 fois 5 unités composant la dizaine ou les différentes décompositions du nombre 10 et de comprendre le système de numération décimale (base 10). Mais il peut aussi permettre de travailler les fractions décimales à partir du moment où l’on décide que chaque perle représente 1/100e.

Plusieurs vidéos de la banque de séquences didactiques présentent des séances dans lesquels abaques et bouliers sont utilisés.
D’autres matériels, très astucieux, se prêtent au travail sur les fractions :

Comparaison visuelle des fractions
Égalités entre les fractions

Sources :

Bouliers et abaques, souvent accompagnés de fiches pédagogiques, sont vendus sur les grands sites commerçants.

Ci-dessous, comment apprendre à compter avec un boulier au CP :


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