Domaine disciplinaire : sciences, langage informatique

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1 Cycle 3 CM1 - CM2 Séquence comprenant 5 séances Domaine disciplinaire : sciences, langage informatique Titre : Approche de la programmation en binaire Domaine (précisions éventuelles) : Sciences et techno Objectif général de la séquence : Comprendre ce qu'est un langage informatique Période 4 Matériel - Supports de travail pour élèves pour la séquence : -salle informatique Matériel - Supports de travail pour enseignants : -site «123 codez», main à la pâte vidéoprojecteur. connexion internet Compétences et connaissances travaillées en lien avec le socle commun : - Comprendre, s'exprimer en utilisant le langage informatique - Découvrir et utiliser un environnement numérique de travail - Connaître les notions d'algorithmes - Coder et décoder un message en binaire Déroulement SEANCES Précisions concernant la séance : objectif + connaissances et compétences abordées + déroulement précisé + ressources pédagogiques utilisées Documents joints nécessaires à la mise en œuvre dans la classe

2 1 Comment diriger un véhicule à distance? Objectifs : Donner des instructions pour piloter un véhicule à distance. Définir un langage de programmation et explorer la différence entre une langue naturelle et un langage. Découvrir la notion de bug Déroulement Trouver un moyen de coder le déplacement du robot pour qu'il arrive à sa base (poste de contrôle). Travail par groupe Mise en commun : Collectivement, on retiendra 2 langages (Nord/Sud/Est/Ouest et Avancer/Droite/Gauche) On parlera aussi du cas où une erreur de programmation est commise : c'est le bug, le robot n'arrive pas à destination Trace écrite : En informatique, on invente et on utilise des langages. Pour donner des instructions à une machine, on utilise un langage de programmation, compréhensible à la fois par la machine et par l'être humain Un langage de programmation est différent d une langue naturelle : il possède très peu de mots et de règles de grammaire, il ne laisse place à aucune ambiguïté. Il existe de nombreux langages de programmation, adaptés à différents usages. Un bug est une erreur dans un programme. Un bug minime en apparence peut avoir des conséquences énormes. Consolidation : exercices en ligne ( codez-espace-eleves) : Parcours allocentré et parcours autocentré. Fiche 28 (site main à la pâte) fichier traces écrites

3 2 Comment encoder un message avec des nombres? Objectifs : Encoder un message textuel en n'utilisant que des nombres. Encoder un message, décoder un message Déroulement : Le robot et le poste de contrôle communiquent uniquement avec des appareils électroniques capables d'envoyer des messages chiffrés. Tout message textuel doit donc être converti en nombres et inversement. Comment encoder des messages textuels sous forme de nombres, puis les décoder? Fiche 29 fiche trace écrite Par binôme : Le poste de contrôle souhaite envoyer le message suivant au robot : ENVOYER BULLETIN METEO Trouvez un moyen de coder ce message. Mise en commun : chaque binôme vient expliquer son codage et la classe se met d'accord sur un codage commun (A : 01 B : 02..Z : 26 point : 27 espace : 28) Consolidation : Encoder le message de la fiche 29 (réponse du robot) et décoder la réponse du poste du contrôle (APPROCHE CYCLONE MAJEUR. RETOUR PARKING OBLIGATOIRE. INDIQUEZ DELAI PREVU) + exercices en ligne : Nouvel alphabet Trace écrite : Un caractère peut être représenté par un nombre. Un texte, qui est une succession de caractères, peut donc être représenté par une succession de nombres. L encodage du texte est le remplacement de ses caractères par les nombres qui leur correspondent. Le décodage est l opération inverse.

4 3 Comment coder des informations en binaire? Objectifs : Utiliser uniquement 2 symboles (0 et 1) pour coder un message. Découvrir le codage en binaire de l'information Déroulement : En réalité, les instruments électroniques ne peuvent pas transmettre directement les nombres : ils transmettent des flux de signaux lumineux ou électriques. Ces signaux n ont que deux états : NON (pas de signal) / OUI (signal) aussi appelés 0 et 1. Les élèves doivent donc repenser leur système de codage avec cette nouvelle contrainte. La question est donc est la suivante : Comment encoder des informations en utilisant seulement des 0 et des 1? Fiche 30 fiche trace écrite Recherche par binôme : 1. Le robot peut être dirigé depuis le poste de contrôle en utilisant les 4 mots Nord/Sud/Est/Ouest. Trouvez un moyen de transmettre ces 4 mots en utilisant seulement des 0 et des Les messages sont datés, trouvez un codage pour les jours de la semaine Mise en commun : 1. Plusieurs solutions sont possibles ( ou 100. ou 1000) 2. Un codage possible : il suffit d aligner trois «0 ou 1», par exemple comme ceci (mais il y a une multitude de possibilités équivalentes) : 000 pour lundi, 001 pour mardi, 010 pour mercredi, 011 pour jeudi, 100 pour vendredi, 101 pour samedi, 110 pour dimanche Conclusion orale : discussion autour de la fiche 30 On peut coder les éléments d une liste par une succession de «0 ou 1» aussi appelés bits (contraction de «binary digit», soit «nombre binaire»). Avec un seul bit, on peut coder tous les éléments d une liste qui n a pas plus de 2 éléments (blanc/noir, éteint/allumé sont des exemples de listes à deux éléments) :(la classe note des exemples de listes à deux éléments sur la Fiche 30). Avec deux bits juxtaposés, on peut coder tous les éléments d une liste qui n a pas plus de 4 éléments (comme Nord/Sud/Est/Ouest), (la classe note sur la Fiche 30 des exemples de listes codables sur 2 bits, mais pas sur 1 bit : ces listes ont 3 ou 4 éléments). Avec trois bits juxtaposés, on peut coder tous les éléments d une liste qui n a pas plus de 8 éléments (par exemple les 7 jours de la semaine) Consolidation : Exercices en ligne : les oiseaux Trace écrite : On peut encoder les éléments d une liste par une succession de «0 ou 1» aussi appelés bits. On parle alors d un codage «binaire».

5 4 Comment encoder et décoder un message en binaire? Objectifs : Coder l'alphabet Appliquer ses découvertes à l encodage d un court message textuel en binaire, puis au décodage d un message en binaire. Déroulement : Les élèves ont reçu de la base l annonce qu une tempête se prépare. L équipe de la base a demandé une information : le temps que mettra le robot à rentrer à la base. Les élèves vont coder leur réponse en binaire. Recherche en binôme : Défi : combien faut-il de bits pour coder l'alphabet? (réponse 5 car 2 4 = 16 (insuffisant) et 2 5 = 32 (suffisant car 26 lettres) Mise en commun : Discussion puis distribution de la fiche 31 : codage commun Systématisation : Par binôme : encoder la réponse DIX MINUTES et décodage de la réponse de la base (bas de la fiche 31) Une fois l'exercice terminé, les élèves peuvent «s'amuser» à envoyer des messages codés et à les faire déchiffrer. Fiche 31 fiche trace écrite 5 Evaluation Fiche évaluation

6 TRACES ECRITES Séance 1 En informatique, on invente et on utilise des langages. Pour donner des instructions à une machine, on utilise un langage de programmation, compréhensible à la fois par la machine et par l'être humain. Un langage de programmation est différent d une langue naturelle : - il possède très peu de mots et de règles de grammaire - il ne laisse place à aucune ambiguïté Il existe de nombreux langages de programmation, adaptés à différents usages Un bug est une erreur dans un programme. Un bug minime en apparence peut avoir des conséquences énormes. Séance 2 Un caractère peut être représenté par un nombre. Un texte, qui est une succession de caractères, peut donc être représenté par une succession de nombres. L encodage du texte est le remplacement de ses caractères par les nombres qui leur correspondent. Le décodage est l opération inverse. Séance 3 On peut encoder les éléments d une liste par une succession de «0 ou 1» aussi appelés bits. On parle alors d un codage «binaire». Plus on juxtapose de bits, plus on peut représenter d éléments : 2 éléments au maximum avec un seul bit 2x2=4 éléments au maximum en juxtaposant deux bits 2x2x2=8 éléments au maximum en juxtaposant 3 bits, 2x2x2x2=16 éléments au maximum en juxtaposant quatre bits... Le codage binaire permet de représenter toutes sortes de données, notamment des nombres ou des caractères textuels. Un ordinateur représente n'importe quelle information en utilisant un codage binaire

7 NOM : Date : EVALUATION de Sciences et Technologies Comprendre, s'exprimer en utilisant le langage informatique Connaître les notions d'algorithmes Savoir encoder et décoder un message 1. Donne les définitions des termes informatiques suivants : Langage de programmation : Un bug : Décodage : Un codage binaire 2. Programme le robot pour qu'il aille ramasser la bille. Programme du robot

8 3. Voici la table de correspondance que nous allons tous utiliser par la suite : 5 bits Caractère A B C D E F G H 5 bits Caractère I J K L M N O P 5 bits Caractère Q R S T U V W X 5 bits Caractère Y Z. espace! ' Encode le message ci-dessous en binaire : C O U R A G E! Décode le message suivant

9 FICHE 28 Piloter un véhicule à distance Consigne : Écris une suite d instructions permettant au véhicule de suivre case à case le parcours rouge jusqu à la base. Consigne : Écris une suite d instructions permettant au véhicule de suivre case à case le parcours rouge jusqu à la base. 220 Module pédagogique

10 FICHE 29 Encoder et décoder un message Table de correspondance entre caractères utilisés dans les messages et nombres servant à les coder : Caractère A B C D E F G H Nombre Caractère I J K L M N O P Nombre Caractère Q R S T U V W X Nombre Caractère Y Z. Espace Nombre Consigne 1 : utilise la table de correspondance fournie pour encoder le message destiné au poste de contrôle. E N V O Y E Z B U L L E T I N M E T E O. P R O L O N G A T I O N S O R T I E S A U F R I S Q U E T E M P E T E. M E R C I. Consigne 2 : utilise la table de correspondance fournie pour décoder la réponse du poste de contrôle Module pédagogique

11 FICHE 30 Coder les éléments d une liste en binaire Consigne : dans chaque bulle vide, écris un exemple de liste dont tous les éléments peuvent être codés sur 1 bit, 2 bits, 3 bits ou 4 bits. Défi : détermine combien de bits il faut juxtaposer au minimum pour pouvoir coder chacune des 26 lettres de l alphabet. 232 Module pédagogique

12 FICHE 31 Encoder/décoder un message en binaire Consigne Propose une table de correspondance : remplis le tableau ci-dessous en associant chaque groupe de 5 bits à un caractère textuel. 5 bits Caractère 5 bits Caractère 5 bits Caractère 5 bits Caractère Voici la table de correspondance que nous allons tous utiliser par la suite : 5 bits Caractère A B C D E F G H 5 bits Caractère I J K L M N O P 5 bits Caractère Q R S T U V W X 5 bits Caractère Y Z. (espace) aucune signification (on peut, si on le souhaite, s en servir pour encoder d autres signes de ponctuation) Consigne Encode le message ci-dessous en binaire pour pouvoir dire à l équipe du poste de contrôle que le rover est à 10 minutes de la base : Message en clair Message codé en binaire Consigne D I X M I N U T E S La base a répondu « ». Décode ce message. 236 Module pédagogique