Les principaux objectifs pédagogiques

Les principaux objectifs pédagogiques

Introduction

L’enseignement de spécialité Informatique et Sciences du Numérique en classe Terminale de la série scientifique a pour but de proposer une initiation aux concepts, méthodes et problématiques de la science informatique, en in­tégrant les implications de l’informatique dans l’environnement et dans la vie quotidienne des lycéens.

L’objectif de cet enseignement n’est en aucun cas de former des experts en informatique, mais plutôt de fournir aux élèves, par une base solide de connaissances et compétences dans les domaines du numérique, une première compréhension de la place grandissante de l’informatique (sciences, technologies et secteurs d’activité) et de les sensibiliser aux questions de société induites. Au-delà de ces acquis, il s’agira de développer chez les élèves un réel goût de l’informatique et une bonne familiarité avec les sciences du numérique qui leur seront précieux quelles que soient leurs études et activités professionnelles futures. Valorisant la découverte et la créativité, l’en­seignement ISN est adapté à la société d’aujourd’hui et prépare au monde de demain.

À travers une diversité d’activités proposées tout au long de l’année, éventuellement associées à différentes in­terventions d’experts, les élèves pourront mettre en œuvre une réflexion constructive autour de leur orientation, et ainsi repérer les nombreuses possibilités de réinvestissement de leurs acquis au sein des différents parcours possibles dans l’enseignement supérieur.

Afin de soutenir les dynamiques qui viennent d’être évoquées, les documents de ressources pédagogiques donnent des éléments permettant aux professeurs de construire leurs propres séquences. Il s’agit surtout de four­nir aux élèves des éléments utiles et durables, bâtis autour de notions fondamentales et de compétences es­sentielles, favorisant la construction d’une forme de pensée leur permettant de se poser les bonnes questions, et dans le futur, de s’adapter aux évolutions rapides de l’informatique et du numérique. En particulier, on espère faire découvrir aux élèves qu’ils peuvent apporter des solutions efficaces aux problèmes qu’ils auront à résoudre en recourant à des outils (matériels ou conceptuels), démarches et méthodes adaptés.

Pourquoi l’enseignement ISN nécessite-t-il une pédagogie spécifique ?

Un enseignement des sciences du numérique et de rudiments d’informatique à des élèves de classe terminale re­présente un double défi :

• d’une part, faire découvrir un domaine des sciences et technologies ayant pour particularité de faire ap­paraître rapidement des situations et des problèmes complexes et au renouvellement rapide,
• et d’autre part, s’adresser à des élèves ayant une grande diversité de goûts, d’aptitudes et centres d’inté­rêt.

L’une des spécificités de l’informatique est de faire très rapidement appel à des démarches de passage à l’abs­traction qui permettent d’élaborer des solutions génériques à de grandes classes de problèmes (au lieu de devoir réinventer perpétuellement la même chose), en combinaison avec une grande diversité de contextes d’applica­tion. Les élèves ont aujourd’hui une connaissance pratique voire intuitive de ces contextes, tirée de la manipula­tion quotidienne des objets numériques, mais ils maîtrisent rarement les concepts sous-jacents.

La pédagogie proposée dans la spécialité ISN doit en premier lieu apporter une réponse à ces enjeux de forma­tion tout en permettant d’aborder l’ensemble des thématiques proposées dans le programme officiel, et en même temps permettre aux élèves de progresser (c’est-à-dire de développer leurs compétences) sans se décourager face aux situations quelque peu complexes qu’ils auront à traiter.

Les réponses pédagogiques à ce défi sont diverses mais s’appuient généralement sur deux valeurs fortes :

• une mise en activité des élèves aussi fréquente que possible,
• et une alternance entre les temps consacrés aux notions fondamentales et ceux qui seront dédiés aux ap­plications et aux projets.

Quelques principes didactiques fondamentaux

Animer les temps de cours

Le volet parfois abstrait et parfois technique des concepts informatiques peut rendre les « cours » traditionnels assez rébarbatifs, même en recourant à des méthodes de présentation attrayantes, recourant largement aux outils numériques tels que le vidéoprojecteur ou le tableau numérique interactif; ces « cours » risquent de participer faiblement au développement des compétences des élèves, surtout s’ils sont longs.

Un premier élément de réponse consiste à introduire les « cours » par l’observation d’une situation contextuali­sée. À titre d’exemple, la représentation binaire et les notions de bit, octet se comprennent mieux quand on ob­serve une image numérique et qu’on s’interroge sur le contenu et l’organisation du fichier associé «Il vaut évidemment mieux recourir, dans ce cadre, à un format non compressé (voir la ressource introductive sur les images numériques).» ; l’étude du code ASCII (étendu ou non) fournit un autre contexte introductif intéressant.

Un second élément consiste à recourir fréquemment à diverses formes d’interactivité, obtenues en organisant les cours à partir de problèmes à résoudre, provoquant des temps de recherche avant d’en venir à un échange collec­tif puis à une formalisation de la ou des solution(s). À ce stade, il n’est pas indispensable de faire travailler les élèves sur des ordinateurs : le support « papier » peut être largement suffisant ! «On peut éventuellement s’inspirer de la pédagogie utilisée dans les activités proposées par le site CS Unplugged (http://csunplugged.org, version française http://csunplugged.org/sites/default/files/books/CS_Unplugged-fr.pdf).»

Le troisième élément de réponse peut intervenir dès qu’un minimum de notions ont été introduites : il s’agit de mettre en place des activités où les démarches pratiques sont l’enjeu principal tout en per­mettant de réelles prises d’initiative (ce ne sont donc pas des « séances de TP » guidées par un protocole fixé à l’avance). On pourra, dans ce cadre, faire pratiquer de la programmation mais aussi des manipulations effectives de logiciels (notamment graphiques, de saisie de données, de communication), de systèmes numériques ou encore de dispositifs matériels (interfaces, réseaux, robots, etc.).

Il est judicieux d’anticiper le déroulement de ces activités pratiques, car les dysfonctionnements survenant en pleine séance peuvent ruiner les meilleures idées «Malheureusement, et quoi qu’on fasse, les dysfonctionnements techniques surviennent de temps en temps. Vouloir re­médier à un « bug » ou à une « panne » face à une classe ou à un groupe est d’autant moins aisé que l’attention consa­crée à la résolution de l’incident ou du problème n’est pas disponible pour faire face à la classe.» . Enfin, il est souhaitable de s’en tenir à un effectif raisonnable pour ces activités : au-delà de 18 élèves il devient difficile pour le professeur de répondre correctement à la mul­tiplicité des questions que ne manqueront pas de poser les élèves, surtout quand leur progression n’est pas uni­forme.

Gérer la complexité

Il est certain que les situations les plus complexes peuvent faire obstacle ; ainsi, l’étude des mécanismes d’adres­sage peut devenir délicate si on veut trop rapidement expliquer ce que représentent les constituants d’une adresse IP «Ce qui implique la maîtrise des notions d’octets, réseau, sous-réseau, masque binaire, etc.». En revanche, une progression prudente à partir des adresses postales ou des numéros de téléphone permet d’aborder la structure d’une adresse « lisible » comme les adresses de courrier électronique «Dégageant les notions de domaine et de site de celle d’individu sur un site, ainsi que les contraintes de syntaxe.», avant de pouvoir aborder les adresses IP dans un deuxième temps.

Il est donc généralement préférable de commencer par des approches simples et de garder les plus grandes diffi­cultés pour un second passage. Ainsi, l’algorithme de Dijkstra est simple à concevoir et à présenter au tableau (ou en recherche individuelle ou par binômes) mais moins simple à programmer. Il vaut mieux commencer par une approche purement algorithmique « sur papier » et laisser pour plus tard le passage à la programmation.

Dans le contexte du développement de projets, il peut arriver que des élèves souhaitent réaliser un programme polyvalent (mais complexe) pouvant traiter une grande diversité de situations. Une telle démarche n’est pas judi­cieuse car ce genre de développement est difficile à faire aboutir dans le respect du temps imparti ; une réorienta­tion du projet vers la mise au point d’outils plus spécialisés mais plus simples est alors à envisager.

Mettre en avant les situations applicatives

Les élèves sont généralement bien plus motivés lorsqu’ils comprennent à quoi peut servir ce qu’ils apprennent !Sans verser dans l’utilitarisme, on peut s’efforcer de dégager, le plus souvent possible, un ou deux contextes ap­plicatifs reliés aux thèmes en cours d’étude. Ainsi, l’étude de la liaison point à point (transmission sérielle) gagne-t-elle en pouvoir de conviction lorsqu’on montre comment l’envoi de commandes spécifiques «Ce sont généralement des commandes « AT ».» sur une liaison série permet de piloter un vidéoprojecteur ou tout autre dispositif du même genre.

À propos des situations applicatives, il est intéressant de faire apparaître, lorsque l’occasion se présente, que les objets et systèmes numériques se prêtent naturellement à la combinaison de plusieurs méthodes et outils, donnant souvent de meilleurs résultats que les démarches recourant à un objet, outil ou système unique.

Assurer une continuité dans les apprentissages

Pour développer la compréhension et la mémorisation, un enseignement basé sur des séquences « fil rouge » tout au long d’une période peut être envisagé, reposant sur une thématique commune traitée selon plusieurs as­pects ou points de vue.

Durant ces périodes, des notions de différents chapitres peuvent être découvertes et traitées avec les élèves, en lien avec la problématique étudiée ; ce procédé permet aux élèves de faire des liens entre les notions présentées et d’avoir une vue plus globale des interactions entre les différents domaines.

On peut illustrer cette idée avec le carnet d’adresses. Sous sa forme la plus simple, c’est un tableau dont les élé­ments sont des chaînes de caractères, pouvant être pris comme exemple de structure de données indexée (ou or­donnée) et permettant d’appliquer les notions de tableau et d’itération. Une évolution de la structure de données va faire apparaître des données hétérogènes (chaînes de caractères, nombres, booléens) et peut-être arbores­centes. La problématique de la recherche d’une information va conduire naturellement aux algorithmes de tri. Enfin, le transport du carnet d’adresse sur un serveur distant va permettre de poser les questions liées à la supranationalité des réseaux et à la protection de la vie privée.

Placer au centre le volet « sociétal »

Un autre élément de motivation consiste à mettre en évidence les problèmes sociétaux rencontrés, qui concernent de plus en plus l’ensemble des citoyens dans leur vie quotidienne. Ces thématiques peuvent fournir des occa­sions de débats ou d’exposés d’élèves, offrant une ouverture très enrichissante vers d’autres disciplines : Philoso­phie, Histoire et Géographie, Droit, etc.

Le rôle incontournable de la différenciation pédagogique

Un fait d’expérience est le suivant : quoi qu’on fasse, dans un groupe en situation d’apprentissage de l’informa­tique on constate des différences très importantes entre les élèves (ou étudiants) au niveau de l’acquisition des compétences, de la compréhension des mécanismes fondamentaux ou de la vitesse de résolution des problèmes. Même si l’enseignement est rendu varié et aussi attrayant que possible, certains élèves vont progresser beaucoup plus vite que d’autres.

Une réflexion approfondie sur cette question est proposée dans l’ouvrage de didactique de l’informatique de W. Hartmann, M. Näf, R. Reichert «W. Hartmann, M. Näf, R. Reichert, Enseigner l’informatique, Springer France (2012) http://www.springer.com/computer/book/978-2-8178-0261-9. De manière générale, la lecture de ce livre par les professeurs intervenant en ISN est vivement recommandée.», où l’on peut notamment lire ceci (page 68) :

«L’enseignement selon un même modèle séquentiel répétitif ne tient pas compte des modes de pensée et des modes d’apprentissage différents et devient rapidement monotone. Chaque enseignant se doit de posséder un répertoire de méthodes d’enseignement différentes. Les méthodes particulièrement adap­tées à l’enseignement de l’informatique sont celles qui personnalisent l’apprentissage et qui tiennent également compte des faits difficiles à assimiler et abstraits ainsi que des sujets présentant un niveau de détail très élevé.»

La nécessaire différenciation va d’abord pouvoir porter sur le niveau d’approfondissement et sur le choix des si­tuations applicatives, ce qui va se révéler pleinement au moment de lancer et de développer les projets qui ont d’abord pour but de soutenir et de mettre en évidence les acquisitions de compétences des élèves dans une situa­tion leur donnant du sens.

Enfin, et de manière plus profonde sans doute, la différenciation va éventuellement consister à s’appuyer sur les centres d’intérêt personnels que les élèves vont vouloir combiner avec l’enseignement ISN.

Le rapport à l’outil et à l’objet

Dans le cadre de l’enseignement ISN, les outils logiciels (souvent liés à la bureautique, au graphisme et à la communication) vont être d’un usage aussi naturel que le sont le cahier et le stylo dans des enseignements plus « classiques » ; l’usage de ces outils n’est pas le but premier de cet enseignement mais fera néanmoins partie du quotidien des élèves.

Plus généralement, une idée fondamentale est de favoriser la construction d’un rapport à l’outil (qui peut être un logiciel, un système complexe comme un réseau ou un système matériel comme une liaison point à point ou un robot) intelligent et créatif ; c’est ainsi que face à une situation nouvelle l’élève aura à définir un besoin et à chercher si un outil approprié existe déjà (plutôt que de vouloir tout réinventer). La démarche comparative qui va le conduire à choisir l’outil (matériel ou logiciel) le plus approprié (par rapport à différents critères) est très for­matrice. La question de l’équipement matériel est abordée plus loin (partie 7.2 page 11).

Au fil des séquences pratiques et de programmation, il convient toutefois de ne pas multiplier exagérément les outils mis en œuvre, mais de se limiter à quelques logiciels ou objets pertinents «Trois ou quatre peut-être … », que les élèves sont suscep­tibles de retrouver au cours de la suite de leurs études. En effet, la découverte d’un nouvel outil nécessite tou­jours un temps de prise en main, alors que les élèves ne disposeront que de deux heures hebdomadaires. Outre l’environnement de programmation choisi par le professeur (incluant un éditeur de texte efficace), la maîtrise de quelques logiciels généraux tels qu’un ensemble d’outils bureautiques, un éditeur de cartes heuristiques, un logi­ciel de dessin bitmap, simples à prendre en main, semblent constituer un socle adéquat pour construire des compétences durables, que l’élève pourra d’ailleurs réinvestir au cours de ses études supérieures. «Une part de ces logiciels peut être trouvée sur le service SIALLE : http://www.cndp.fr/sialle/logiciels.php?niv=lycee&disc=ENSTSISN ».

Une place importante pour les projets

Pour apporter une réponse concrète à l’hétérogénéité prévisible du groupe-classe, il est proposé de mettre en place un travail en équipe basé sur une pédagogie de projet et favorisant l’émergence d’une dynamique de groupe. Le développement des projets présente de nombreux aspects très formateurs :

• valorisation de la créativité ;
• organisation d’un travail sur le « temps long », bien au-delà de la séance de travaux pratiques ou de la semaine thématique ;
• développement d’une gestion efficace du temps par rapport à un échéancier ;
• formalisation des contraintes liées à la répartition des tâches dans une équipe ;
• valorisation de l’aboutissement d’un ouvrage collectif.

Le travail en équipe sur des projets est une méthode d’enseignement très répandue, mettant en avant des valeurs telles que la sociabilité, la communication. Dans de nombreuses professions de l’informatique le travail en groupe la norme. Pour ce qui concerne l’enseignement de spécialité ISN, il s’agit de développer chez les élèves des compétences méthodologiques liées à la réalisation de projets, non seulement dans le cadre de la classe Ter­minale mais aussi pendant tout l’enseignement supérieur ; ces compétences incluent la capacité à définir claire­ment les objectifs d’un projet, puis à se donner les moyens de les atteindre.

Deux remarques pour finir :

• Le travail en groupes ou en équipes peut aussi être adopté dans le cadre de sujets de nature plus ponc­tuelle en recourant à une répartition de l’étude sur plusieurs groupes opérant en parallèle. «Cette approche est aussi nommée « mosaïque » ou « puzzle ».»
• La conduite de projets n’impose pas d’abandonner toute autre activité avec le groupe-classe ; au contraire, on peut très bien continuer à travailler en parallèle sur d’autres notions tout en veillant à donner suffisamment de temps aux élèves pour gérer leurs projets en équipe.

Auteurs

• Robert Cabane, IGEN
• Eric Garnier, Loïc Le Gouzouguec, Gilles Ollivier, IA-IPR