Version prof → Mathématiques · Lycée professionnel · 2de · Seconde

Séquence 1 · Statistique à une variable : décrire, comparer, décider

Comment résumer une série de données par quelques indicateurs et s'en servir pour comparer et décider ?

Repères pour le professeur

Voie · niveauLycée professionnel (Bac Pro) · Seconde
DisciplineMathématiques
Programme officielProgramme de mathématiques de 2de professionnelle, BO spécial n°5 du 11 avril 2019 : statistique et probabilités, algèbre et analyse, géométrie, algorithmique et programmation, automatismes.
Place dans le programmeProgramme de mathématiques de seconde professionnelle (BO spécial n°5 du 11 avril 2019), domaine « Statistique et probabilités », module « Statistique à une variable »
Durée totale2 séances + 1 évaluation ≈ 3 h 05
ModalitéEnseignement à distance : classe virtuelle + travail autonome + rendu sur l'ENT

Objectifs et capacités

Objectifs

Capacités travaillées (BO)

Notions et définitions

population, caractère, effectif, fréquencemoyenne, médiane, modequartiles Q1 et Q3étendue, écart interquartile, écart typediagramme en boîte à moustaches

Repères historiques

Ressources de la séquence

Ancrage dans le programme, notions, repères, débats, bibliographie et différenciation, communs à toutes les séances.

Ancrage dans le programme officiel

Ce que dit le programme : « Il s'agit de fournir aux élèves des outils pour comprendre le monde, pour décider et agir dans la vie quotidienne. » Pour le module : « Des données réelles sont à privilégier. L'utilisation des outils numériques est nécessaire. » (les données ci-dessous sont fictives et servent de modèle ; on les remplace avantageusement par les données recueillies par la classe ou issues de la spécialité professionnelle).

Capacité : « Comparer et interpréter des diagrammes en boîte à moustaches. »

Compétences (définition de l'épreuve) : « valider : critiquer un résultat, argumenter ; contrôler la vraisemblance d'une conjecture ; mener un raisonnement logique et établir une conclusion »

Certification (arrêté du 17 juin 2020, annexe III) : en contrôle en cours de formation, deux situations d'évaluation en première et terminale : « Ces situations d'évaluation ont chacune une durée de quarante-cinq minutes environ et sont notées sur 10 points. » « Un exercice au moins comporte une ou deux questions dont la résolution se fait en présence de l'examinateur. » Pour les candidats hors CCF : « L'épreuve, d'une durée d'une heure, est une évaluation écrite et pratique, notée sur 20 points se déroule en fin de cursus de formation. »

Notions : définitions rigoureuses

Effectif, fréquence
Nombre d'individus ayant une valeur ; la fréquence est l'effectif divisé par l'effectif total.
Moyenne
Somme des valeurs divisée par l'effectif ; sensible aux valeurs extrêmes.
Médiane
Valeur qui partage la série ordonnée en deux groupes de même effectif.
Quartiles
Q1 : plus petite valeur telle qu'au moins 25 % des valeurs lui sont inférieures ou égales ; Q3 : même chose avec 75 %.
Écart type
Mesure de la dispersion des valeurs autour de la moyenne, calculée avec la calculatrice ou le tableur.
Boîte à moustaches
Diagramme qui représente minimum, Q1, médiane, Q3 et maximum.

Repères

DateÉvénement
1786Playfair publie les premiers diagrammes en barres.
1835Quetelet applique la statistique à la société.
1946Création de l'Insee.
1977Tukey, Exploratory Data Analysis : la boîte à moustaches.

Les historiens en débat

La statistique est née des besoins des États (recensements) puis s'est développée au XIXe siècle avec Quetelet et la mesure des phénomènes sociaux. Aujourd'hui, elle est partout dans les métiers : contrôle qualité, gestion des stocks, suivi des délais, santé. Comparer deux séries ne se limite pas à comparer des moyennes : la dispersion compte autant. Synthèse du professeur.

Pour aller plus loin

Sources et bibliographie

Différenciation : un rythme de travail différent

Déroulé d'ensemble

SéanceTitreDuréeObjectif
Séance 1Résumer une série : position et dispersion65 mincalculer et interpréter les indicateurs d'une série
Séance 2Comparer deux séries avec des diagrammes en boîte65 minconstruire et comparer des diagrammes en boîte pour décider
ÉvaluationÉvaluation de fin de séquence (/20)55 minVérifier les acquis : connaissances, capacités, rédaction

Chaque séance dure environ 55 minutes à distance : lancement en classe virtuelle ou par message sur l'ENT, recherche du problème (calculatrice, tableur, GeoGebra ou Python dans le navigateur), mise en commun, cours et trace écrite. Les élèves renvoient la fiche à trous et leur production par l'ENT ou en photo.

Séance 1 · Résumer une série : position et dispersion

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Combien de temps les élèves mettent-ils pour venir au lycée ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Indicateurs statistiques

Une série statistique donne les valeurs d'un caractère pour chaque individu. Pour la résumer, on utilise des indicateurs de position : la moyenne (somme des valeurs divisée par l'effectif), la médiane (la moitié des valeurs lui sont inférieures ou égales), les quartiles Q1 et Q3 (au moins un quart et au moins trois quarts des valeurs leur sont inférieures ou égales). Et des indicateurs de dispersion : l'étendue (maximum − minimum), l'écart interquartile Q3 − Q1, l'écart type (calculé à la calculatrice ou au tableur). La moyenne est sensible aux valeurs extrêmes, la médiane non.

Document 1 · Temps de trajet domicile-lycée

Série statistique (20 élèves, en minutes).

5 ; 8 ; 10 ; 10 ; 12 ; 15 ; 15 ; 15 ; 18 ; 20 ; 20 ; 22 ; 25 ; 25 ; 30 ; 30 ; 35 ; 40 ; 45 ; 60.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes). À remplacer par les temps de trajet relevés dans la classe.

Activité 1 · S'approprier

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Lisez la série et répondez.

  1. Effectif, minimum, maximum, étendue ?
    ✔ Corrigé :

    20 élèves ; 5 et 60 min ; étendue 55 min.

  2. Mode ?
    ✔ Corrigé :

    15 min (3 élèves).

  3. Combien d'élèves mettent plus de 30 minutes ?
    ✔ Corrigé :

    4 élèves (35, 40, 45, 60), soit 20 %.

Critère de réussitePoints
Lecture et calculs6
Total de l'activité6

Activité 2 · Réaliser

18 min
Essentiel

Supports : Document 1, cours

Consigne :

Calculez avec la calculatrice ou le tableur.

  1. Moyenne et médiane ?
    ✔ Corrigé :

    Moyenne 23 min ; médiane : moyenne des 10e et 11e valeurs (20 et 20), donc 20 min.

  2. Q1 et Q3 ?
    ✔ Corrigé :

    Q1 = 5e valeur = 12 min ; Q3 = 15e valeur = 30 min.

  3. Écart type ?
    ✔ Corrigé :

    Environ 13,5 min.

Critère de réussitePoints
Calculs justes7
Total de l'activité7

Activité 3 · Valider

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

La moyenne (23 min) est supérieure à la médiane (20 min). Expliquez pourquoi en 5 à 8 lignes, puis dites quel indicateur vous choisiriez pour décrire le temps de trajet « typique ». Pour bien commencer : Quelques valeurs très grandes… · La médiane, elle, … · Je choisirais… car…

✔ Corrigé rédigé :

Quelques valeurs élevées (45, 60) tirent la moyenne vers le haut ; la médiane n'est pas sensible aux valeurs extrêmes ; pour un temps typique, la médiane est plus représentative ; rédaction claire.

Critère de réussitePoints
Argumentation5
Communication2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

La médiane partage la série ordonnée en deux groupes de même effectif. La moyenne est sensible aux valeurs extrêmes. L'étendue, l'écart interquartile et l'écart type mesurent la dispersion.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · S'approprier6
Activité 2 · Réaliser7
Activité 3 · Valider7
Total20 / 20

Séance 2 · Comparer deux séries avec des diagrammes en boîte

65 min

Séance approfondie : cours développé, documents sourcés, activités exigeantes, corrigés et barème.

Problématique de la séance

Quelle machine de conditionnement est la plus fiable ?

Déroulé minuté à distance

Le cours développé (récit du professeur) · Boîtes à moustaches et décision

Le diagramme en boîte à moustaches représente cinq valeurs : le minimum et le maximum (extrémités des moustaches), Q1 et Q3 (bords de la boîte), la médiane (trait dans la boîte). La boîte contient environ la moitié centrale des valeurs : plus elle est courte, plus les valeurs sont regroupées. Pour comparer deux séries, on compare la position (médiane, moyenne) et la dispersion (écart interquartile, étendue, écart type). Deux séries de même moyenne peuvent être très différentes : en contrôle qualité, on recherche à la fois une moyenne proche de la valeur cible et une faible dispersion.

Document 1 · Masse de paquets de café (valeur cible : 250 g)

Deux séries statistiques (10 paquets par machine, en grammes).

Machine A : 248 ; 249 ; 250 ; 250 ; 251 ; 252 ; 250 ; 249 ; 251 ; 250. Machine B : 244 ; 256 ; 250 ; 247 ; 253 ; 258 ; 242 ; 251 ; 249 ; 250.

Source : Situation construite pour la séance par le professeur (données fictives, choisies pour être réalistes).

Activité 1 · Réaliser

12 min
Essentiel

Supports : Document 1

Consigne :

Calculez les indicateurs de chaque machine (tableur).

  1. Moyenne et médiane de A et de B ?
    ✔ Corrigé :

    250 g et 250 g pour les deux machines.

  2. Q1, Q3 et étendue de A ?
    ✔ Corrigé :

    Q1 = 249, Q3 = 251, étendue 4 g.

  3. Q1, Q3 et étendue de B ?
    ✔ Corrigé :

    Q1 = 247, Q3 = 253, étendue 16 g.

Critère de réussitePoints
Indicateurs6
Total de l'activité6

Activité 2 · Représenter

18 min
Essentiel

Supports : Document 1, cours

Consigne :

Construisez les deux boîtes sur un même axe gradué de 240 à 260 g.

  1. Cinq valeurs de la boîte de A ?
    ✔ Corrigé :

    248 ; 249 ; 250 ; 251 ; 252.

  2. Cinq valeurs de la boîte de B ?
    ✔ Corrigé :

    242 ; 247 ; 250 ; 253 ; 258.

  3. Que montrent les écarts types (environ 1,1 g pour A, 4,7 g pour B) ?
    ✔ Corrigé :

    Les masses de B sont beaucoup plus dispersées autour de 250 g.

Critère de réussitePoints
Diagrammes et lecture7
Total de l'activité7

Activité 3 · Communiquer

15 min
Travail à rendre

Supports : Documents et cours

Consigne :

Rédigez une note de 8 à 10 lignes au chef d'atelier pour recommander une machine, avec au moins deux indicateurs et une référence aux diagrammes. Pour bien commencer : Les deux machines ont une moyenne de… · Le diagramme en boîte montre que… · Je recommande la machine… car…

✔ Corrigé rédigé :

Même position (moyenne et médiane de 250 g) ; dispersion bien plus faible pour A (boîte de 2 g contre 6 g, écart type 1,1 contre 4,7) ; risque de paquets trop légers avec B ; recommandation : A ; présentation professionnelle.

Critère de réussitePoints
Argumentation5
Communication2
Total de l'activité7

Trace écrite (à faire recopier ou à déposer sur l'ENT)

Le diagramme en boîte représente le minimum, Q1, la médiane, Q3 et le maximum. Plus la boîte est courte, plus les valeurs sont regroupées. Pour comparer deux séries, on compare la position et la dispersion.

Barème récapitulatif des activités notées

ActivitéPoints
Activité 1 · Réaliser6
Activité 2 · Représenter7
Activité 3 · Communiquer7
Total20 / 20

Fiche à trous · corrigé

La médiane partage la série ordonnée en deux groupes de même effectif.

Au moins 25 % des valeurs sont inférieures ou égales au premier quartile Q1.

L'écart interquartile Q3 − Q1 mesure la dispersion de la moitié centrale des valeurs.

Plus l'écart type est petit, plus les valeurs sont regroupées autour de la moyenne.

La version élève contient la même fiche avec une banque de mots (papier ou ENT).

Évaluation de fin de séquence (/20) · barème et corrigé

Évaluation sur 20 à faire en temps limité sur l'ENT ou sur papier, puis à renvoyer en photo ; le corrigé et le barème servent aussi à l'autoévaluation. En Bac Pro, elle est construite comme une situation de contrôle en cours de formation (problème contextualisé, compétences évaluées) ; en 1re générale, elle prépare à l'épreuve anticipée (automatismes sans calculatrice et exercices) ; en Terminale générale, aux exercices indépendants de l'épreuve de spécialité.

N°QuestionBarèmeCorrigé et critères
1Le temps de préparation (en minutes) de 20 commandes dans un atelier est : 4 min (3 commandes), 5 min (5), 6 min (8), 7 min (3), 8 min (1). Calculez la moyenne, la médiane, l'étendue, Q1 et Q3.6 ptsMoyenne = (12 + 25 + 48 + 21 + 8)/20 = 5,7 min ; médiane : 10e et 11e valeurs égales à 6, donc 6 min ; étendue 8 − 4 = 4 min ; Q1 = 5e valeur = 5 ; Q3 = 15e valeur = 6. Calculs justes et unités.
2Construisez le diagramme en boîte de cette série (graduation de 3 à 9) et interprétez la longueur de la boîte.6 ptsMoustaches de 4 à 8, boîte de 5 à 6, trait médian à 6 ; la boîte est courte : la moitié centrale des commandes est préparée en 5 à 6 minutes, l'activité est régulière.
3Un second atelier a, sur 20 commandes, une moyenne de 5,7 min et un écart type de 2,4 min (le premier atelier a un écart type d'environ 1,05 min). Le responsable doit garantir des délais réguliers aux clients. Quel atelier choisir ? Argumentez. Pour bien commencer : *Les deux ateliers ont des moyennes…* · *L'écart type du second atelier est…* · *Je choisirais donc l'atelier… car…*8 ptsMême moyenne mais écart type plus de deux fois plus grand pour le second : délais beaucoup plus irréguliers ; pour garantir des délais réguliers, on choisit le premier atelier ; argumentation avec les deux indicateurs et une phrase de conclusion.
Total20 pts

Pistes pour un rythme de travail différent