De l'organisation pratique de l'enseignement

De l'organisation pratique de l’enseignement

Gestion du calendrier

Un rythme annuel efficace pourrait être construit autour de cinq périodes, rythmées par les vacances scolaires, permettant de créer une dynamique, de cultiver et d’entretenir la passion chez les élèves, et de développer leur autonomie.

Le tableau ci-dessous précise les temps forts de cette organisation de l’année, sans préjuger de la mise en œuvre pédagogique.

Le travail en équipe est centré autour de la réalisation de projets de complexité adaptée, et à difficulté croissante et progressive dans l’année, en particulier dans l’organisation du mini-projet de la deuxième période. La proposi­tion de différentes solutions, et leur comparaison critique pourraient être le fondement de la didactique.

Enfin, il convient d’anticiper quelque peu l’épreuve dite « en cours d’année » en raison du temps nécessaire aux projets ; pour que les élèves soient prêts pour la passation de l’épreuve il faut que leurs projets soient achevés au moins trois semaines avant et qu’ils aient eu l’occasion de réaliser la présentation de leurs démarches et résultats « à blanc » face à la classe.

Équipement matériel

Selon les créneaux horaires, l’enseignement ISN est dispensé dans une salle de cours, ou une salle de travaux pratiques, ou une salle de type « amphithéâtre » permettant la mise en œuvre de débats et d’échanges de qualité.

La salle réservée aux travaux pratiques et à la réalisation de projets doit permettre aux professeurs d’enseigner les bases et notions théoriques fondamentales, avec un recours possible aux outils numériques de présentations adaptés. Un environnement numérique suffisamment ouvert sera choisi pour favoriser la dynamique de projets, porteuse de sens en matière de socialisation (travail collaboratif), accompagnant l’élève dans la conquête de l’au­tonomie et dans sa démarche de créativité.

La salle de classe est équipée d’un poste connecté au web et à un vidéoprojecteur, muni des logiciels requis. Pour les travaux pratiques, il faut évidemment un nombre suffisant de postes installés, sans qu’il y ait à se référer à une règle stricte ; un point de bon sens est toutefois à rappeler : il est difficile pour un enseignant de suivre atten­tivement un groupe de plus de 18 élèves dans un contexte de programmation ou de développement de logiciels.

Le travail pratique va fréquemment amener des besoins d’installation de logiciels, même pour une seule séance. Or, la plupart des systèmes d’exploitation des ordinateurs des lycées sont ainsi réglés qu’il est impossible d’ins­taller certains (voire tous les) logiciels, ce qui peut s’avérer bloquant. Il est donc nécessaire de mener une ré­flexion sur ce sujet, avec pour but de fournir aux élèves et aux professeurs, dans le cadre de l’enseignement ISN, un système d’exploitation confortable, sécurisé et permettant un certain nombre d’actions système telles que les installations de logiciels.

Plusieurs pistes (non exclusives) peuvent être suivies pour cette réflexion :

1. On peut envisager de recycler des machines un peu usagées afin de les dédier à ISN (les travaux pra­tiques et projets ne devraient normalement pas réclamer des ordinateurs récents ni de grande puissance). Ces machines pourraient être ouvertes, démontées, remontées par les élèves (démarche très formatrice) et connectées en un réseau indépendant du réseau pédagogique, avec un système d’exploitation adapté (Linux convient tout à fait à ce genre d’usage).
2. On peut tenter de s’accommoder du système et du réseau existants, en créant des comptes spéciaux pour les élèves inscrits en ISN, comptes ayant un peu plus de droits que les autres. Cette approche pose des problèmes de sécurité.
3. On peut travailler avec des clés USB amorçables (à condition d’autoriser l’amorçage sur des périphé­riques externes). Le système est alors celui qui est contenu dans les clés (préalablement déterminé par le professeur), et l’accès à Internet se fait directement (par la passerelle), sans aucun réseau. Ce type de so­lution est maintenant bien au point, voir : www.linuxliveusb.com/fr ou clefagreg.dnsalias.org(la convergence de ces deux approches est en cours). L’intérêt est de permettre aux élèves d’avoir exactement la même configuration au lycée et chez eux.
   L’approche « clés USB » présente aussi quelques inconvénients : une certaine fragilité d’abord (l’élève risque de perdre ou de détériorer sa clé et son propre travail avec), puis un risque pour les machines-hôtes si un élève habile mais indélicat s’avise d’accéder au disque dur interne depuis le système lancé sur la clé.
4. On peut envisager d’utiliser une virtualisation : on installe le système VirtualBox (https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads) sur les machines du lycée, ce qui permet ensuite de lancer un second système d’exploitation, spécifique pour ISN. Le document suivant explique la dé­marche : www.malekal.com/2010/11/12/tutorial-et-guide-system-virtualbox
   Ce système permet également aux élèves de travailler chez eux sur le même état de la machine virtuelle, donc exactement dans les mêmes conditions qu’au lycée. Il permet aussi d’éviter plusieurs problèmes de sécurité.
5. Enfin, on peut imaginer de passer commande d’une série de nano-ordinateurs sur lesquelles on branche les claviers, écrans, souris et autres câbles à la demande. De tels objets commencent à se répandre, par exemple: www.raspberrypi.org www.solid-run.com/products/cubox www.cstick.com Cette solution présente un avantage inattendu : son faible coût est rapidement amorti par l’économie d’électricité réalisée.

Équipement logiciel

Pour travailler confortablement et efficacement, il est utile de mettre à la disposition des élèves un certain nombre de logiciels polyvalents ou spécialisés mais dont les fonctionnalités concourent à la réalisation de projets complexes. La quasi-totalité des logiciels adéquats sont des logiciels libres et tous sont gratuits, condition essen­tielle pour assurer aux élèves la possibilité d’avoir accès, légalement et sans limitation, aux mêmes logiciels chez eux et dans l’établissement. De fait, la quasi-totalité de ces logiciels peut fonctionner indifféremment sur les trois systèmes d’exploitation les plus répandus actuellement. «Apple OSX, Linux, Microsoft Windows pour les nommer.»

On peut donc envisager l’installation de tout ou partie des logiciels de la liste suivante :

1. Un ou deux langages de programmation. Les choix les plus courants sont Java’s Cool (www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-java-s-cool-380.php) et Python (www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-python-381.php) ; d’autres choix sont tout à fait pos­sibles comme Ruby (www.ruby-lang.org/fr), Scala (www.scala-lang.org), Processing (processing.org), etc.
2. Un très bon éditeur de textes, Notepad++ (notepad-plus-plus.org) semblant recueillir de nom­breux suffrages mais ne fonctionnant que dans un système Windows ; avec Linux on peut essayer Geany (www.geany.org) ou Kate (kate-editor.org/about-kate) ou Bluefish (bluefish.openoffice.nl).
3. Un tableur (utile pour de nombreux traitements), voir www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-gnumeric-317.php et www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-openoffice.org-calc-351.php (il y a des versions plus récentes et Libreoffice).
4. Un bon logiciel de traitement d’images bitmap, GIMP (gimp.org) étant recommandé. À ne pas confondre avec une visionneuse rapide et commode, également fort utile ; XnView (www.xnview.com) peut faire l’affaire (gratuit mais non libre), on peut aussi apprécier GwenView (gwenview.sourceforge.net/overview) et Evince (projects.gnome.org/evince).
5. Un logiciel de suivi des trames sur le réseau, Wireshark (www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-wireshark-384.php) convient très bien.
6. Au moins deux navigateurs différents, par exemple : Firefox (avec quelques extensions comme Fire­bug), Chrome (ou Chromium), Opera. Le fait de disposer de deux navigateurs différents permet de bien comprendre les problèmes de rendu de pages HTML ainsi que de simuler les relations clients/serveur.
7. Un serveur web en local (=Apache).

Les logiciels qui suivent sont des compléments utiles.

1. Un bon logiciel de traitement d’images vectorielles, Inkscape (www.cndp.fr/sialle/fiche-detaillee-inkscape-319.php) étant approprié.
2. Un bon logiciel d’édition hexadécimale, tâche pour laquelle aucun logiciel ne semble s’imposer défi­nitivement ; essayer FrHed (frhed.sourceforge.net), HxD (mh-nexus.de/en/hxd), wxHexEditor (www.wxhexeditor.org), Ghex (live.gnome.org/Ghex), HexEdit (sourceforge.net/projects/hexplorer), Okteta (utils.kde.org/projects/okteta), XVI32 (www.chmaas.handshake.de/delphi/freeware/xvi32/xvi32.htm).
3. GraphBench permet une visualisation pas à pas et graphique du fonctionnement d’algorithmes clas­siques sur les graphes (www.swisseduc.ch/compscience/graphbench).
4. Un moyen efficace de partage de dossiers à distance ; les ENT peuvent rendre ce service au prix d’une certaine lourdeur parfois.
5. Un système efficace de publication et de gestion de contenus (CMS) ; si l’ENT permet de publier fa­cilement des pages web, c’est la meilleure solution mais si ce n’est pas le cas il faut peut-être envisa­ger d’installer un CMS au moins sur le réseau local.

Les spécificités liées à l’enseignement des réseaux

On rappelle que le volet technologique de l’étude des réseaux (liaison sérielle, analyse de trames, analyse du trajet d’un courriel) est optionnel et sera traité selon l’équipement de l’établissement et les choix pédagogiques de l’enseignant.

L’enseignement de la partie du programme consacrée à l’étude des réseaux nécessite, pour la mise en œuvre d’activités pratiques, de disposer de machines sur lesquelles les élèves pourront intervenir, tant sur le plan maté­riel que logiciel. En effet, l’apprentissage des réseaux par la pratique nécessite un accès aux connecteurs RJ45, SUBD-9 ou USB généralement situés à l’arrière des ordinateurs, mais aussi, aux différents menus ou fichiers de configuration réseau.

L’étude de la liaison point à point est assez simple à réaliser sous réserve de pouvoir connecter des câbles (géné­ralement de type null-modem) entre deux machines équipées d’une sortie série, mais peut aussi se faire, par l’uti­lisation d’un câble droit, entre un ordinateur et un périphérique du type vidéoprojecteur., GPS, modem GPRS, ou tout autre dispositif pilotable par liaison série RS232. Ces montages peuvent être plus aisément installés dans le cadre du laboratoire de Sciences Physiques ou de Sciences de l’Ingénieur.

Pour illustrer les notions d’adressage, trames, paquets, protocoles et routage, il est souhaitable de pouvoir obser­ver la circulation de l’information sur un réseau ; ce qui nécessite de disposer d’un réseau fonctionnel et de quelques outils logiciels (ping, traceroute, wireshark). Il existe des solutions de type « réseau virtuel » mais elles ne sont sans doute pas pédagogiquement efficaces, du moins en utilisation exclusive ; en complément d’une pre­mière exploration d’un réseau réel, le réseau virtuel présente l’intérêt d’autoriser toutes sortes de manipulations usuellement impossibles pour des raisons de sécurité.

L’initiation à la robotique

Comme pour les réseaux, on rappelle que cette partie est optionnelle.

L’initiation à la robotique vise à consolider l’acquisition des notions et compétences fondamentales avec une di­mension physique qui renouvelle le concept d’algorithme puisque le mouvement du robot est rarement identique au mouvement prévu et commandé. Ce premier contact avec un domaine très actuel mais potentiellement com­plexe passe par l’acquisition de robots ou mini-robots interfaçables avec un ordinateur (ou un téléphone), et pro­grammables à l’aide d’un environnement de développement suffisamment ouvert. Pour étaler les investissements et permettre le renouvellent des projets et des défis proposés aux élèves, on privilégie l’achat de « kits » permet­tant de construire des robots évolutifs. Une liste assez complète des matériels disponibles se trouve dans la page consacrée à ce sujet sur le SILO : Robotique

Dans les établissements qui proposent l’option SI, l’utilisation du laboratoire de Sciences de l’Ingénieur peut permettre la mise en œuvre de robots relativement élaborés. Pour les lycées généraux, l’initiation à la robotique peut aussi favoriser la mutualisation des compétences et des équipements, dans le cadre d’un partenariat inter-établissements. Il existe, par ailleurs, des robots de très petite taille et de petit prix qui, sur le plan didactique, sont tout à fait intéressants même s’ils ne permettent pas de prendre conscience des mêmes problématiques que ne le feraient des robots plus évolués mais aussi plus complexes.

Un robot interagit en permanence avec l’environnement physique dans lequel il se trouve. De fait, pour donner davantage de sens aux activités proposées aux élèves, et les aider dans le choix des différents capteurs et action­neurs à interfacer avec le robot qui leur est fourni, la connaissance des programmes de Mathématiques, de Sciences Physiques et Chimiques et de Sciences de la Vie et de la Terre est utile aux professeurs intervenant en ISN.

Auteurs

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