Espace pédagogique

Une course stratégique

2022-06-08T14:39:55Z

Les IA manipulent de grandes bases de données. La puissance d'une IA repose sur une organisation méthodique de ces données.

Comment organiser des données pour les exploiter efficacement ?

Les IA sont utilisées pour prendre des décisions. Lorsque plusieurs stratégies sont possibles, il n'est pas toujours évident de déterminer laquelle est la meilleure.

Comment une IA (ou un algorithme) peut aider à élaborer une stratégie ?

Groupe TraAM mathématiques 2021-2022 de l'académie de Rennes

Niveau et durée : 2^nde (SNT), 1h30

Objectifs pédagogiques :

Travailler le traitement de données numériques à l'aide d'un tableur.
Travailler la lecture des données dans un tableur.

La situation-problème :

On présente le jeu « Une course stratégique ». On cherche à élaborer une stratégie pour gagner.

Matériel :

Un plateau de jeu
Un jeu de cartes
Un pion

Le plateau de jeu

Les règles du jeu :

On joue à deux (joueur A, joueur B).
Chaque joueur dispose des quatre cartes As, 2, 3 et 4 d'une même couleur.
Le pion est placé sur la case « Départ ».
À tour de rôle (en commençant par le joueur A), chaque joueur pose une carte et avance le pion du nombre de cases indiqué sur sa carte.
Le joueur gagnant est celui qui arrive le premier à faire franchir la ligne d'arrivée au pion.

Pré-requis :

Python : fonctions et boucle for
Notion de données structurées, format .csv
Tableur : importer des données au format .csv

Déroulement :

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Le plateau de jeu	Plateau	Plateau
La fiche élève	Une course stratégique - Fiche élève	Une course stratégique - Fiche élève
La fiche professeur	Une course stratégique - Fiche professeur	Une course stratégique - Fiche professeur

Partie A : À la main

En binômes, les élèves jouent quelques parties et essayent de trouver une stratégie gagnante.

Partie B : Avec une « IA »

Générer les données

On définit la fonction jouer() qui permet de simuler aléatoirement une partie (une liste avec le joueur gagnant et la suite des cartes posées).

On simule avec Python un grand nombre de parties (5000) pour essayer d'obtenir toutes les parties possibles. Pour cela, on peut utiliser le notebook Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/e9c9-611613 On peut ensuite copier les résultats obtenus et les coller dans un bloc-note. On enregistre ce fichier au format .csv pour pouvoir l'importer dans un tableur.

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Le notebook Jupyter (à charger dans Capytale)	Notebook Jupiter - Une course stratégique	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/e9c9-611613

Organiser les données

On supprime les doublons et on trie les données suivant l'ordre des cartes jouées. On obtient alors les 264 parties possibles (si ce n'est pas le cas, il faut simuler d'autres parties et les ajouter au fichier). La marche à suivre est détaillée dans la fiche élève.

Le tableur trié

Liste_parties_2joueurs

Établir une stratégie

On cherche à « fabriquer une IA ». On veut établir, à l'aide du tableur, un enchaînement de cartes à jouer pour gagner à coup sûr. Pour cela, on peut colorier les cellules du tableur pour choisir les cartes à jouer. On propose de déterminer une stratégie gagnante pour le joueur A (celui qui joue en premier).

Analyse du dispositif :

Un exemple de stratégie élève

Les élèves ont apprécié le jeu.

Dans la partie B, les élèves ont réussi sans grande difficulté à générer les données et à les organiser dans le tableur en suivant les instructions détaillées sur la fiche élève.

Il est très difficile pour les élèves d'élaborer seuls une stratégie à l'aide des données représentées dans le tableur. Il est utile de proposer une méthode pour les analyser. La vidéo peut aider les élèves. Pour certains, il a été nécessaire de redonner des explications. Les élèves ont réussi à utiliser le tableur ou un arbre pour gagner à coup sûr (dans le cas du joueur A).

La stratégie optimale pour le joueur B est beaucoup plus fastidieuse à établir.

Approfondissement ou prolongement possibles :

Proposer d'établir une stratégie optimale pour le joueur B.
Modifier le nombre de joueurs et/ou le nombre de cartes et/ou la position de la ligne d'arrivée et étudier une stratégie.

Dans les programmes du cycle :

En SNT

Contenus	Capacités attendues
Traitement de données structurées	Réaliser des opérations de recherche, filtre, tri ou calcul sur une ou plusieurs tables.

Les six compétences majeures :

Chercher :

Extraire, organiser et traiter l'information utile.

Modéliser :

Utiliser, comprendre, élaborer une simulation numérique ou géométrique prenant appui sur la modélisation et utilisant un logiciel.

Raisonner :

Utiliser différents types de raisonnement (par analyse et synthèse, par équivalence, par disjonction de cas, par l'absurde, par contraposée, par récurrence…).

Cliquer ici pour découvrir la synthèse et toutes les activités du groupe TraAM de l'académie.

Migration des canards

2022-05-31T21:20:02Z

Les intelligences artificielles sont très utilisées pour reconnaître des objets ou des personnes dans une image.

Comment élaborer un programme qui analyse une image ?

Groupe TraAM mathématiques 2021-2022 de l'académie de Rennes

Niveau et durée : Seconde en SNT, séance d'une heure

Objectif pédagogique : Manipuler la notion de composantes RGB, se repérer sur une image, utiliser des affectations, des instructions conditionnelles et des boucles « for » pour traiter une image.

Migration des canards

La situation-problème : Dans cette activité, on dispose d'une banque de photos de différents canards. On souhaite apprendre à l'ordinateur à reconnaître un canard sur une photo et ensuite compter le nombre de canards sur chacune des photos.

Pré-requis : Les élèves doivent avoir vu les affectations, les instructions conditionnelles et la boucle for sur Python. Pour le traitement d'images, les élèves doivent avoir vu les instructions : open, size, getpixel, putpixel, show et doivent savoir ce que sont les composantes RGB d'un pixel.

Nous avons réalisé préalablement deux séances de découverte de traitement de l'image (environ 3h).

Fichiers Capytale	Traitement d'images
Lien Capytale	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/0457-570552
Document élève de synthèse	Fiche eleve - Traitement de l'image Fiche eleve - Traitement de l'image

Déroulement : L'activité est décomposée en trois parties.

Dans la partie A, les élèves sont sur table et doivent proposer une méthode pour pouvoir détecter un canard sur une photo.

Partie A - Mise en place d'une méthode
Dans la partie B, on s'intéresse à quatre couleurs présentes sur les canards et on compte le nombre de pixels de chacune de ces couleurs. Le but est de déterminer le nombre moyen de pixels de chacune de ces quatre couleurs sur une photo de canard. Les élèves se connectent à leur ENT et ouvrent le fichier Capytale ou le fichier Python (sans oublier d'enregistrer les images et le fichier python dans le même dossier).

Partie B - Analyser un canard
Dans la partie C, on met en place un programme qui permet de compter le nombre de canards sur une photo (plusieurs stratégies sont possibles).

Partie C - Le comptage des canards

Analyse du dispositif : Les élèves ont trouvé l'activité ludique. La partie B n'a posé aucune difficulté aux élèves. Dans la partie C, certains élèves ont eu des difficultés à voir comment utiliser les résultats de la partie B. Plusieurs programmes différents ont été proposés.

Modalités de travail :

Fiche eleve - Migration des canards	Fiche eleve - Migration des canards
Fiche professeur - Migration des canards	Fiche professeur - Migration des canards

En salle informatique, les élèves ont deux possibilités :

soit ils utilisent les fichiers Python ;

Partie B - Fichiers python

Partie C - Fichiers python

soit ils utilisent Capytale : pour cela, le professeur aura récupéré les activités (à partir des liens ou de la bibliothèque) ou chargé les fichiers .ipynb en utilisant « charger un notebook » et aura associé les images à chaque partie, les élèves ont alors besoin de leur codes Educonnect pour se connecter à leur ENT (Toutatice ou autre) et avoir accès aux activités.

Partie B - Fichiers capytale

Partie C - Fichiers capytale

Liens Capytale :

Partie B :	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/3458-567361
Corrigé de la partie B :	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/ba68-567419
Partie C :	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/f838-567491
Corrigé de la partie C :	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/1d95-567496

Dans les programmes :

En SNT

Contenus Capacités attendues

Affectations, variables

Instructions conditionnelles

Boucles bornées Écrire et développer des programmes pour répondre à des problèmes et modéliser des phénomènes physiques, économiques et sociaux.

Traitement d'image Traiter par programme une image pour la transformer en agissant sur les trois composantes de ses pixels.

En mathématiques

Contenus Capacités attendues

Variables informatiques de type entier, booléen, flottant, chaîne de caractères

Affectation

Séquence d'instructions

Instruction conditionnelle

Boucle bornée (for) Concevoir et écrire une instruction d'affectation, une séquence d'instructions, une instruction conditionnelle.

Programmer, dans des cas simples, une boucle bornée

Dans des cas plus complexes : lire, comprendre, modifier ou compléter un algorithme ou un programme.

Parmi les six compétences majeures :

Modéliser

Utiliser, comprendre, élaborer une simulation numérique ou géométrique prenant appui sur la modélisation et utilisant un logiciel.

Représenter

Choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique…) adapté pour traiter un problème ou pour représenter un objet mathématique.

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Reconnaissance de personnages

2022-05-31T21:19:48Z

Les intelligences artificielles sont très utilisées pour reconnaître des objets ou des personnes dans une image.

Comment élaborer un programme qui analyse une image ?

Groupe TraAM mathématiques 2021-2022 de l'académie de Rennes

Niveau et durée : Seconde en SNT, séance d'une heure

Objectif pédagogique : Manipuler la notion de composantes RGB, se repérer sur une image, utiliser des affectations, des instructions conditionnelles et des boucles « for » pour traiter une image (introduction aux listes).

Personnages à analyser

Les personnages de cette activité ont été créés avec le générateur d'avatars en ligne face.co

https://face.co/indexfr.html

La situation-problème : À partir de banques de dix images, il s'agit de déterminer de façon automatisée le (ou les) personnage (s) correspondant à certains critères.

L'activité est décomposée en quatre parties :

Partie A : Comprendre un programme en Python qui permet de déterminer si un personnage est chauve.
Partie B : Écrire un programme en Python qui permet de déterminer si un personnage porte une cravate.
Parties C et D : Écrire un programme en Python qui permet de rechercher des personnages répondant à plusieurs critères.

Pré-requis : Les élèves doivent avoir vu les affectations, les instructions conditionnelles et la boucle for sur Python.

Pour le traitement d'images, les élèves doivent avoir vu les instructions : open, size, getpixel, putpixel, show et doivent savoir ce que sont les composantes RGB d'un pixel.

Nous avons réalisé préalablement deux séances de découverte de traitement de l'image (environ 3h).

Fichiers Capytale

Traitement d'images

Lien Capytale https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/0457-570552

Document élève de synthèse

Fiche eleve - Traitement de l'image

Fiche eleve - Traitement de l'image

Déroulement :

Dans la partie A, les élèves sont sur table et doivent comprendre un programme écrit en Python. Ils testent ensuite ce programme sur les images de la première banque.
Dans la partie B, les élèves se connectent à leur ENT et ouvrent le fichier Capytale ou le fichier Python (sans oublier d'enregistrer les images et le fichier python dans le même dossier). En s'inspirant de la partie A, les élèves utilisent un test.
Dans la partie C, les personnages cherchés doivent vérifier deux caractères.
Dans la partie D, les personnages cherchés ont les cheveux gris et portent une cravate rouge.

Banque d'images

Analyse du dispositif : Les élèves ont trouvé l'activité ludique et l'ont finie pour la majorité d'entre eux sans avoir besoin d'aides. Cette activité a permis l'utilisation des instructions pour le traitement d'images. On y fait aussi une petite introduction aux listes et on montre l'efficacité de leur utilisation.

Modalités de travail :

Fiche élève - Reconnaissance de personnages

Fiche élève - Reconnaissance de personnages

Fiche professeur - Reconnaissance de personnages

Fiche professeur - Reconnaissance de personnages

En salle informatique, les élèves ont deux possibilités :

soit ils utilisent les fichiers Python ;
soit ils utilisent Capytale : pour cela, le professeur aura récupéré les activités (à partir des liens ou de la bibliothèque) ou chargé les fichiers .ipynb en utilisant « charger un notebook » et aura associé les images à chaque partie, les élèves ont alors besoin de leur codes Educonnect pour se connecter à leur ENT (Toutatice ou autre) et avoir accès aux activités.
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Partie Images, programmes Python et notebook jupyter Lien Capytale

Partie A

Images et programmes partie A

https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/32a2-571533

Partie B

Images et programmes partie B

https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/9002-571543

Partie C

Images et programmes partie C

https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/ac43-571545

Partie D

Images et programmes partie D

https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/d8f4-571548

Dans les programmes :

En SNT

Contenus Capacités attendues

Affectations, variables

Instructions conditionnelles

Boucles bornées Écrire et développer des programmes pour répondre à des problèmes et modéliser des phénomènes physiques, économiques et sociaux.

Traitement d'image Traiter par programme une image pour la transformer en agissant sur les trois composantes de ses pixels.

En mathématiques

Contenus Capacités attendues

Variables informatiques de type entier, booléen, flottant, chaîne de caractères

Affectation

Séquence d'instructions

Instruction conditionnelle

Boucle bornée (for) Concevoir et écrire une instruction d'affectation, une séquence d'instructions, une instruction conditionnelle.

Programmer, dans des cas simples, une boucle bornée

Dans des cas plus complexes : lire, comprendre, modifier ou compléter un algorithme ou un programme.

Parmi les six compétences majeures :

Modéliser

Utiliser, comprendre, élaborer une simulation numérique ou géométrique prenant appui sur la modélisation et utilisant un logiciel.

Représenter

Choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique…) adapté pour traiter un problème ou pour représenter un objet mathématique.

Crédits : Les personnages de cette activité ont été réalisés à l'aide du générateur d'avatars en ligne face.co

Cliquer ici pour découvrir la synthèse et toutes les activités du groupe TraAM de l'académie.

Bazar Bizarre

2022-05-31T21:19:17Z

Les intelligences artificielles sont très utilisées pour reconnaître des objets ou des personnes dans une image.

Comment élaborer un programme qui analyse une image ?

Groupe TraAM mathématiques 2021-2022 de l'académie de Rennes

Niveau et durée : 2^de SNT, 1h à 1h30

Objectif pédagogique : Analyse et traitement d'une image

Manipuler la notion de composantes RGB, se repérer sur une image, utiliser des instructions conditionnelles et des boucles « for » pour traiter une image (introduction aux listes).

La situation-problème : On programme un ordinateur pour jouer à « Bazar Bizarre »

Les règles du jeu : On présente le jeu « Bazar Bizarre » :

C'est un jeu de rapidité qui consiste à saisir en premier une figurine.

Le jeu contient cinq figurines différentes (chaise, bouteille, fantôme, livre et souris) de 5 couleurs différentes et des cartes sur lesquelles sont dessinés deux figurines colorées.

Les cinq figurines

On retourne une carte. Il y a alors deux possibilités :

La carte contient une figurine de la bonne couleur : il faut attraper cette figurine.

Une première carte du jeu

Exemple : Le fauteuil est rouge, il faut l'attraper.

La carte contient deux figurines qui ne sont pas de la bonne couleur : il faut attraper la figurine qui n'a rien en commun avec la carte : ni la couleur, ni l'objet.

Une deuxième carte du jeu

Exemple : Ni le livre, ni la souris ne sont de la bonne couleur. Il faut prendre ni la souris, ni le livre, ni rouge (fauteuil) ni vert (bouteille) : il faut prendre le fantôme blanc.

Le but est de créer un robot capable de jouer tout seul (analyse de la carte et prise de décision).

Pré-requis : Les élèves doivent avoir vu les affectations, les instructions conditionnelles et la boucle for sur Python.

Pour le traitement d'images, les élèves doivent avoir vu les instructions : open, getpixel, show et doivent savoir ce que sont les composantes RGB d'un pixel.

Nous avons réalisé préalablement deux séances de découverte de traitement de l'image (environ 3h).

Fichiers Capytale

Traitement d'images

Lien Capytale https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/0457-570552

Document élève de synthèse

Fiche eleve - Traitement de l'image

Fiche eleve - Traitement de l'image

Déroulement :

Bazar Bizarre - Fiche professeur

Bazar Bizarre - Fiche professeur

Bazar Bizarre - Fiche élève

Bazar Bizarre - Fiche élève

Partie A : Analyse des figurines du jeu

Il est possible de faire travailler les élèves à l'aide d'un notebook Capytale. Pour cela, le professeur aura récupéré les activités (à partir des liens ou de la bibliothèque) ou chargé les fichiers .ipynb en utilisant « charger un notebook » et aura associé les images à chaque partie, les élèves ont alors besoin de leur codes Educonnect pour se connecter à leur ENT (Toutatice ou autre) et avoir accès aux activités.

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Document élève

Analyse des figurines

Lien Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/d8a4-595929

Corrigé prof Lien Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/1a51-595930

Les cinq figurines du jeu

On complète un algorithme qui :

compte le nombre de pixel d'une image qui ne sont pas de la couleur de l'arrière-plan ;
récupère le code RVB du pixel central.

On peut alors déterminer l'objet représenté et sa couleur.

Partie B : Le robot apprend à identifier des objets sur une carte du jeu

Une carte à analyser

Le premier programme affiche une carte du jeu. Le second programme a pour objectif de décrire les deux objets sur la carte. Les élèves complètent les parties manquantes du script.

Partie C : Notre robot joue à Bazar bizarre

Le troisième programme a pour objectif de donner l'objet à prendre. Les élèves complètent les parties manquantes du script.

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Documents élève pour les parties B et C :

L'IA joue à Bazar bizarre

Notebook Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/fe63-595926

Corrigé pour le professeur des parties B et C : Notebook Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/507a-595927

Analyse du dispositif :

Les élèves ont complété sans trop de difficultés les programmes des parties A et B.

Pour celui de la partie C, la difficulté est liée au travail de logique. La plupart des élèves ont eu besoin de plusieurs essais et/ou d'un coup de pouce pour réussir à compléter le script.

Dans les programmes :

En SNT

Contenus Capacités attendues

Affectations, variables

Instructions conditionnelles

Boucles bornées Écrire et développer des programmes pour répondre à des problèmes et modéliser des phénomènes physiques, économiques et sociaux.

Traitement d'image Traiter par programme une image pour la transformer en agissant sur les trois composantes de ses pixels.

En mathématiques

Contenus Capacités attendues

Variables informatiques de type entier, booléen, flottant, chaîne de caractères

Affectation

Séquence d'instructions

Instruction conditionnelle

Boucle bornée (for) Concevoir et écrire une instruction d'affectation, une séquence d'instructions, une instruction conditionnelle.

Programmer, dans des cas simples, une boucle bornée

Dans des cas plus complexes : lire, comprendre, modifier ou compléter un algorithme ou un programme.

Parmi les six compétences majeures :

Modéliser

Utiliser, comprendre, élaborer une simulation numérique ou géométrique prenant appui sur la modélisation et utilisant un logiciel.

Représenter

Choisir un cadre (numérique, algébrique, géométrique…) adapté pour traiter un problème ou pour représenter un objet mathématique.

Cliquer ici pour découvrir la synthèse et toutes les activités du groupe TraAM de l'académie.

Contenus	Capacités attendues
Affectations, variables Instructions conditionnelles Boucles bornées	Écrire et développer des programmes pour répondre à des problèmes et modéliser des phénomènes physiques, économiques et sociaux.
Traitement d'image	Traiter par programme une image pour la transformer en agissant sur les trois composantes de ses pixels.

Contenus	Capacités attendues
Variables informatiques de type entier, booléen, flottant, chaîne de caractères Affectation Séquence d'instructions Instruction conditionnelle Boucle bornée (for)	Concevoir et écrire une instruction d'affectation, une séquence d'instructions, une instruction conditionnelle. Programmer, dans des cas simples, une boucle bornée Dans des cas plus complexes : lire, comprendre, modifier ou compléter un algorithme ou un programme.

Fiche élève - Reconnaissance de personnages	Fiche élève - Reconnaissance de personnages
Fiche professeur - Reconnaissance de personnages	Fiche professeur - Reconnaissance de personnages

Partie	Images, programmes Python et notebook jupyter	Lien Capytale
Partie A	Images et programmes partie A	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/32a2-571533
Partie B	Images et programmes partie B	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/9002-571543
Partie C	Images et programmes partie C	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/ac43-571545
Partie D	Images et programmes partie D	https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/d8f4-571548

Bazar Bizarre - Fiche professeur	Bazar Bizarre - Fiche professeur
Bazar Bizarre - Fiche élève	Bazar Bizarre - Fiche élève

Document élève	Analyse des figurines	Lien Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/d8a4-595929
Corrigé prof		Lien Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/1a51-595930

Documents élève pour les parties B et C :	L'IA joue à Bazar bizarre	Notebook Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/fe63-595926
Corrigé pour le professeur des parties B et C :		Notebook Capytale : https://capytale2.ac-paris.fr/web/c/507a-595927