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Revue TELECOM 177 - Quelques principes pour construire un enseignement de l'informatique

Articles Revue TELECOM

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15/10/2015


QUELQUES PRINCIPES POUR

CONSTRUIRE UN

ENSEIGNEMENT DE

L'INFORMATIQUE

Par Gilles Dowek dans la revue TELECOM n° 177
 

Les principes qui suivent devraient permettre à l’enseignement de l’informatique à l’école et au lycée d’être le plus pertinent et le plus efficace possible. Cette discipline doit notamment être appréhendée dans sa globalité pour être utile à tous les élèves quels que soient leur profil et le métier qu’ils choisiront. Elle ne doit pas se limiter à l’enseignement de quelques notions de programmation confié à des professeurs de mathématique. Les ingénieurs ont un rôle à jouer, c’est une formidable opportunité pour eux de s’investir davantage dans les questions d’enseignement.

Après presque vingt ans d’absence, l’enseignement de l’informatique est revenu à l’École à la rentrée 2012, avec l’introduction d’un enseignement de spécialité Informatique et Sciences du Numérique en terminale S, suivi d’une rénovation de l’enseignement d’informatique en classes préparatoires aux Grandes Écoles l’année suivante. Cet enseignement est appelé à se généraliser, avec trois décisions concernant la rentrée 2016 : l’introduction d’un enseignement d’exploration Informatique et Création Numérique en seconde, l’introduction d’un enseignement d’informatique à l’intérieur des enseignements des mathématiques et de technologie de la cinquième à la troisième et une sensibilisation aux concepts de l’informatique de la maternelle à la sixième. Enfin, la généralisation de l’enseignement Informatique et Sciences du Numérique à la première et aux autres classes de terminale est évoquée, sans qu’une date soit pour le moment précisée.

En chiffre

- à la rentrée 2014, 1.078 lycées proposaient la spécialité ISN en Terminale S ;

- à la rentrée 2014, 17.313 élèves ont choisi cet enseignement de spécialité. Si on ajoute les élèves qui ont choisi ISN aux rentrées 2012 et 2013, cela fait au total, sur trois années, 41.859 élèves qui ont bénéficié de cet enseignement depuis sa création.

- Parmi ces
41.859 élèves, on compte 9.906 filles.



Ces différents enseignements ne sont pas totalement à inventer puisque nous pouvons nous appuyer d’une part sur les expériences passées, d’autre part sur l’expérience des pays qui nous ont devancés. Toutefois, aucune de ces expériences n’étant transposable telle quelle, nous devons également un peu réfléchir par nous-mêmes. Il est important que la communauté des informaticiens ne laisse pas cette réflexion à la seule communauté enseignante, mais que ces deux communautés s’engagent dans un dialogue, afin de faire émerger des idées qu’aucune des deux n’aurait eues seule. Un tel dialogue est nouveau pour la communauté des informaticiens, qui, contrairement aux autres communautés scientifiques et techniques, est peu habituée à réfléchir aux questions d’enseignement, notamment scolaire. Il y a en particulier ici une formidable opportunité pour la communauté des ingénieurs d’accroître son implication dans les questions d’enseignement, implication dont, indépendamment de l’informatique, on peut parfois regretter la trop faible ampleur.



















 


Projet d’ISN en Python, BAC juin 2015 : interpréteur de L-System

L’apport des ingénieurs, des chercheurs et des enseignants-chercheurs peut naturellement se situer à différents niveaux : depuis l’implication dans une classe particulière, jusqu’à la contribution à la rédaction de manuels scolaires, en passant par l’accueil de jeunesstagiaires dans les entreprises et les laboratoires ; mais c’est surtout pour la définition de « grands principes » et pour la définition de la discipline elle-même, que leur apport est peut-être le plus indispensable.

Nous proposons brièvement ci-dessous dix principes qui peuvent guider la construction d’un enseignement del’informatique, chacun demandant bien entendu à être critiqué et complété.

Le travailleur et la personne

Les enseignants d’informatique ont l’habitude de s’adresser à un public de futurs informaticiens. Introduire l’informatique à l’École demande de revoir complètement ce présupposé, et de s’adresser à des élèves qui exerceront des métiers très divers. Mais il faut prendre en compte le fait que tous ces métiers sont transformés par l’informatique – comme les chauffeurs de taxis et les hôteliers l’ont récemment découvert à leurs dépens. Par ailleurs, l’École a une double mission de préparer ses élèves à exercer un métier et de leur donner accès à une part de cette héritage commun de l’humanité qu’est la connaissance. Un enseignement d’informatique ne doit donc pas uniquement viser une transmission de savoirs exploitables dans un cadre professionnel, mais aussi une découverte de la manière spécifique de penser des informaticiens.

L’éducation à l’informatique et l’éducation par l’informatique

Les mots « informatique » et « éducation » peuvent s’assembler de bien des manières. L’une d’elle est l’éducation par l’informatique : des logiciels de géométrie dynamique aux cours en ligne, des manuels scolaires dématérialisés aux services de partage de documents, l’informatique offre une formidable palette d’objets qui permettent d’apprendre. Mais cela n’a rien à voiravec l’éducation à l’informatique : on n’enseigne pas plus l’informatique en utilisant un manuel scolaire dématérialisé, que l’on enseigne les équations de Maxwell en éclairant les salles de classes avec des ampoules électriques. Malheureusement, des expressions, telle que « plan numérique pour l’éducation », ne contribuent pas à dissiper cette confusion.

L’équilibre des concepts

L’informatique est structurée autour des quatre concepts d’algorithme, de machine, de langage et d’information. S’il est possible, à un niveau avancé, d’enseigner l’algorithmique ou l’architecture des ordinateurs exclusivement, il est important, à un niveau élémentaire de rechercher un équilibre entre ces concepts. Si cela peut sembler une évidence aux informaticiens, il est important de prendre en compte le fait que les enseignants chargés de l’enseignement de l’informatique seront pendant une phase transitoire, sans doute assez longue, des professeurs de mathématiques et de technologie, qui ont les uns et les autres une vision assez partielle de l’informatique, valorisant unconcept au détriment des autres : leconcept d’algorithme pour les professeurs de mathématiques et le concept de machine pour les professeurs de technologie. Or, on ne peut prétendre enseigner l’informatique si l’on n’enseigne que l’algorithme d’Euclide ou les systèmes embarqués.

L’équilibre entre science et technique

L’informatique est à la fois une science, où l’on juge que certaines propositions, par exemple la proposition « le tri par sélection est quadratique », sont vraies et une technique, où l’on fabrique des objets, par exemple des programmes qui mettent en œuvre le tri par sélection. Il est important, à un niveau élémentaire, de chercher un équilibre entre ces deux aspects, en particulier en faisant réaliser des projets par les élèves. Du fait de cette dimension technique de l’informatique, on ne peut pas enseigner l’informatique exclusivement au tableau noir et l’essentiel de l’apprentissage doit être actif : on apprend l’informatique en faisant. Cet aspect est essentiel pour que cet enseignement contribue au développement de la créativité des élèves et non à son étouffement sous une abondance d’exercices trop formatés.

Un enseignement pour le long terme

L’informatique est formée d’objets éphémères et d’objets durables. Par exemple, les langages de programmation sont éphémères – ceux que les plus anciens d’entre nous ont appris au cours de leurs études : Pascal, Lisp,… ont aujourd’hui été remplacés par d’autres – mais les constructions des langages de programmation – le test, la boucle, la composition parallèle,... – sont beaucoup plus durables. Comme les élèves qui entrent aujourd’hui à l’École seront encore sur le marché de l’emploi en 2080, il vaut mieux ne pas focaliser son enseignement sur les particularités de Scratch ou de jpeg, mais sur des concepts durables, comme les constructions des langages de programmation ou les principes de représentation numérique des images.

Résister aux modes


Les discours sur l’informatique, notamment ceux des vendeurs d’informatique, insistent beaucoup sur les « révolutions » qui précipiteraient dans l’obsolescence tout ce qui les a précédé. Ainsi la programmation parallèle périmerait la programmation séquentielle « de grand papa », et de même l’apprentissage statistique l’algorithmique classique. Rien n’est plus délétère, pour l’enseignement de l’informatique, que cette injonction d’enseigner au plus vite la dernière idée, suggérant ainsi involontairement que cette idée sera elle-même dépassée dans peu de temps. Au contraire, la programmation parallèle s’ajoute à la programmation séquentielle, les imprimantes 3D s’ajoutent aux imprimantes 2D, de même que le théorème de Thalès s’ajoute, et ne vient pas remplacer, le théorème de Pythagore.

La place des questions de société

Les informaticiens, même ceux dont les travaux sont les plus théoriques, s’intéressent traditionnellement à la manière dont l’informatique transforme le monde. Ils sont assez éloignés des tenants de la science pour la science ou de la science pour l’honneur de l’esprit humain. Il est donc naturel d’inclure dans un enseignement d’informatique certains de ces éléments, et d’amener les élèves à réfléchir par exemple aux notions de désintermédiation ou de non rivalité. Il faut cependant prendre garde à ne pas laisser ces éléments de programme phagocyter l’ensemble de l’enseignement de l’informatique, comme le proposent certains enseignants, car cette réflexion elle-même ne reposerait plus sur une base scientifique et technique solide.

La place de la programmation

L’enseignement de l’informatique est parfois présenté comme un enseignement de la programmation – souvent en utilisant le mot quelque peu désuet de « code » ou de « codage ». Il va de soi qu’un enseignement qui réduirait l’informatique à la programmation, au détriment de l’algorithmique, des principes des réseaux, de la structuration de l’information,… appauvrirait énormément sa matière. Toutefois, il est aussi vrai qu’un enseignement de l’informatique ne peut pas faire l’impasse sur la programmation, car savoir écrire un programme soi-même est la première étape vers l’autonomie, vers le fait de créer soi-même des objets au lieu de contempler ceux créés par d’autres.

Trois phases

Le déroulement de l’apprentissage de l’informatique dans le temps peut, par exemple, se dérouler en trois phases. La deuxième – le Collège – peut être centrée sur l’apprentissage de la programmation. La troisième – le Lycée et l’Université – peut être organisée autour des grand domaines de l’informatique : la théorie des langages, la compilation, l’algorithmique, les réseaux, l’architecture des machines, les bases de données,… La première – l’École –, qui est sans doute celle pour laquelle il y a le plus à inventer, devrait être centrée autour de la découverte des concepts de l’informatique, en utilisant un ordinateur ou non. Par exemple, l’envoi d’un courrier électronique est une bonne manière de s’interroger sur la manière dont ce courrier sera acheminé à son destinataire, et donc sur la notion de routage. Mais l’envoi d’un courrier postal peut mener aux mêmes questions, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un ordinateur.

La formation des enseignants


Enfin, le dernier principe qui devrait présider à la construction d’un ensei- gnement de l’informatique est celui de confier cet enseignement à des enseignants qui, pour l’École, ont appris suffisamment d’informatique dans leur formation initiale, et pour le Collège et le Lycée, ont étudié cette matière quatre ou cinq années après le bac, et qui ont donc le recul nécessaire pour mettre leur enseignement en perspective. C’est sur ce point que les annonces gouvernementales sont décevantes, l’Éducation Nationale envisage plutôt de faire enseigner l’informatique au Collège par les enseignants de mathématiques et de technologie, au Lycée par des enseignants de différentes disciplines qui ont suivi une formation continue et en classes préparatoires par des enseignants volontaires. Malgré la bravoure de ces enseignants, de telles solutions ne peuvent pas fonctionner à grande échelle. Nous sommes sur ce point face à une incompréhension de la nature de l’informatique par les décideurs politiques qui la perçoivent comme un ensemble de connaissances, comparable au code de la route, qui s’acquiert avec un bon livre et quelques dizaines d’heures de pratique. Sur ce point les ingénieurs peuvent sans doute les aider à progresser.
 

Biographie de l'auteur

Gilles Dowek est chercheur à Inria. Ses travaux portent sur la formalisation des mathématiques,  les systèmes de traitement des démonstrations, la physique du calcul et la sûreté des systèmes aéronautiques et spatiaux. Il est membre du Conseil Scientifique de la Société Informatique de France et de la Commission de réflexion sur l'éthique de la recherche en sciences et technologies du numérique l'Alliance des Sciences et Technologies du Numérique. Il a été membre du groupe d'experts chargé de la proposition du programme de la spécialité Informatique et Science du Numérique en terminale S.

 

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