Skip to content

L'informatique en tant que sujet de l'enseignement informatique

« Généralisation de l'enseignement informatique ! ». Cette annonce parue dans la presse agace au plus haut point N., professeur enseignant au lycée. À peine les établissements scolaires du département ont-ils été équipés d'ordinateurs performants par le Conseil Général, de sorte que le traitement de texte, la recherche sur Internet et l'usage de quelques logiciels sont passés dans les mœurs et couramment utilisés par les enseignants que l'on annonce à grands cris l'instauration de « l'enseignement informatique ». Tant qu'à faire, il suffirait qu'un professeur de musique utilise un simple logiciel de création de partitions et éventuellement un programme d'apprentissage assisté par ordinateur pour pouvoir prétendre que l'informatique est intégrée dans son enseignement. Comment peut-on, dans ces circonstances, persuader les responsables du caractère indispensable de l'enseignement informatique dans un lycée moderne ?


Problème : l'expression « enseignement informatique » englobe souvent différents aspects de l'informatique. L'enseignement « informatique » (ou de l'informatique) se retrouve en fait de l'école primaire à l'université. Cette confusion des termes rend plus difficile une analyse factuelle dont le sujet est l'ordinateur et l'école.

Les technologies de l'information et de la communication (TIC) jouent différents rôles dans le domaine de la formation et de l'enseignement. Il est donc primordial de clairement différencier ces rôles pour pouvoir procéder à un examen approfondi de l'informatique, de l'enseignement et de la formation. Nous allons distinguer ci-après cinq rôles différents des TIC dans la formation.

Les TIC comme outil au quotidien
Des outils tels qu'un traitement de texte, un tableur, un programme graphique ou un navigateur Internet font aujourd'hui partie du quotidien professionnel et sont tout aussi omniprésents dans la sphère privée. Aucune connaissance informatique particulière, par exemple des notions de programmation, n'est requise pour pouvoir utiliser ces outils, mais la compréhension des principes fondamentaux de l'informatique est indispensable pour pouvoir s'en servir efficacement. Cette compréhension fait défaut à de nombreuses utilisatrices et de nombreux utilisateurs. Ce n'est donc pas par hasard que l'on estime qu'une part non négligeable du coût total d'un équipement informatique (TCO, Total Cost of Ownership -- Coût total de possession) résulte d'une formation insuffisante des utilisatrices et des utilisateurs. De nombreux établissements scolaires essaient d'intégrer cette formation informatique fondamentale dans l'enseignement des autres matières et de la faire prodiguer par des enseignants de toutes les disciplines, mais sans enseignement approfondi de l'informatique proprement dite.

TIC dans l'enseignement
Matière enseignée
Support
Logiciel d'apprentissage
e-Learning
Outil
au quotidien
dans l'enseignement spécialisé

Fig. 1.1. Les différents rôles de l'ordinateur dans la formation

Les TIC comme outil dans l'enseignement spécialisé
L'enseignement fait également appel à des outils qui sont spécifiques au domaine de spécialité : citons, par exemple, des progiciels de calcul formel en mathématique, des logiciels de modélisation moléculaire en chimie, des programmes statistiques ou des logiciels SIG en géographie ou encore des programmes de traitement d'image dans la création visuelle. Ces outils sont plus complexes que les programmes courants et leur utilisation plus exigeante. Il faut, d'une part, posséder des connaissances approfondies des principes fondamentaux de la spécialité concernée (il est vrai qu'un logiciel de mathématique peut éviter des calculs complexes, mais il ne saura pas choisir la stratégie de résolution à adopter et encore moins interpréter les résultats) et, d'autre part, se familiariser longuement avec l'usage des outils spécialisés, qui sont souvent des systèmes informatiques relativement élaborés.

Logiciels d'apprentissage
Les possibilités multimédia de l'ordinateur sont utilisées dans l'enseignement en assistance au processus d'apprentissage, depuis le simple exercice de vocabulaire jusqu'aux environnements d'apprentissage interactifs, par exemple pour la simulation des relations économiques. L'aspect essentiel des logiciels d'apprentissage est l'interaction entre l'homme et la machine : l'ordinateur remplit le rôle de l'enseignant et interagit avec les étudiants.

e-Learning
Les nouvelles possibilités de communication basées sur l'Internet ont radicalement modifié la communication autour de l'enseignement : l'enseignement en ligne, l'e-Learning, l'apprentissage mixte, etc. rendent l'enseignement indépendant du lieu et du temps et permettent en outre de modifier durablement l'efficacité du processus d'apprentissage. En e-Learning, les outils TIC sont principalement utilisés pour faciliter l'interaction entre les acteurs humains.

Les TIC en tant que matière enseignée
Dans le passé, il était indispensable de savoir programmer pour pouvoir utiliser un ordinateur. Par conséquent, l'enseignement de l'informatique s'articulait autour des thèmes en rapport avec la programmation et le matériel, tels que les fonctions et les circuits logiques. L'ordinateur en tant que tel était le sujet principal de l'enseignement. Les algorithmes ainsi que la programmation constituent toujours un élément-clé de la formation informatique dorénavant complétée par des sujets tels que les bases de données ou les réseaux. L'article de Peter Denning, Great Principles of Computing [Den03], contient une segmentation de la spécialité « informatique », laquelle peut également s'avérer utile pour les écoles. Il existe bien évidemment d'autres segmentations possibles ; Denning lui-même mentionne des alternatives dans son article. Nous reproduisons ici les cinq domaines définis par Denning :

Calcul

Ce qui peut être calculé, les limites du calcul. Algorithmes, structures de commande, structures de données, automates, langages, machines de Turing, ordinateurs universels, complexité de Turing, complexité de Chaitin, autoréférence, logique prédictive, approximations, heuristique, incalculabilité, conversions, réalisations physiques.

Communication

Envoi de messages d’un point à un autre. Transmission de données, entropie de Shannon, codage vers le support, capacité de canal, suppression de bruit, compression de fichier, cryptographie, réseaux en paquets reconfigurables, contrôle d’erreur de bout en bout.

Coordination

Plusieurs entités coopèrent dans le sens d’un résultat unique. Humain à humain (boucles d’action, flux d’opérations assistées par des ordinateurs de communication), homme à ordinateur (interface, entrée, sortie, temps de réponse), ordinateur à ordinateur (synchronisations, concurrence, interblocage, sérialisabilité, actions atomiques).

Automatisation

Exécution de tâches cognitives par un ordinateur. Simulation de tâches cognitives, distinctions philosophiques relatives à l’automatisation, expertise et systèmes experts, amélioration de l’intelligence, essais de Turing, apprentissage et reconnaissance par la machine, bionique.

Mémorisation

Stockage et récupération des informations. Hiérarchies de stockage, emplacement de référence, mise en cache, espace adressable et mappage, noms, partage, emballement, recherche, récupération par nom, récupération par contenu.

En résumé, on peut constater que les rôles de l'ordinateur dans la formation sont multiples. Il est premièrement un outil présent au quotidien, deuxièmement un support de communication et de transmission d'informations et troisièmement il est lui-même le sujet de la formation. Ces rôles ne sont généralement pas assez différenciés et l'expression générique « enseignement informatique » est utilisée aussi bien pour les logiciels d'apprentissage au cours des premières années de la scolarité que pour la conception de systèmes informatiques dans un institut universitaire de technologie. Cette confusion des termes est source de nombreux malentendus. Il est donc essentiel de distinguer clairement les différents rôles des TIC dans la formation. Nous allons nous limiter dans cet ouvrage à l'enseignement de l'informatique en tant que matière et nous nous contenterons d'effleurer le rôle de l'ordinateur en tant qu'outil ou support d'apprentissage. L'utilisation d'environnements de formation avec assistance par ordinateur ne peut bien évidemment pas être éludée dans un livre consacré à la didactique de l'informatique. En effet, car s'il est un domaine prédestiné à l'usage de l'ordinateur comme support de cours, c'est bien celui-ci.

Solution : les technologies de l'information et de la communication jouent différents rôles dans le domaine de la formation et de l'enseignement : outil au quotidien ou dans l'enseignement spécialisé, support d'assistance au processus d'apprentissage et sujet de formation proprement dit. Pour éviter les malentendus, il convient ici de préciser l'expression « enseignement informatique » : celui-ci désigne un enseignement dont la matière est l'ordinateur lui-même.

Exemple 1 : logiciels standard en tant qu'outil et sujet d'étude

Les logiciels dits standard, tels que les traitements de texte, tableurs, programmes de traitement graphique ou moteurs de recherche Internet sont aujourd'hui utilisés dans quasiment tous les cycles scolaires. À titre d'exemple, de plus en plus de rédactions et de dissertations sont écrites sur ordinateur, ce qui facilite les corrections et les modifications ultérieures. Même les corrections rédactionnelles sont en partie électroniques : les corrections linguistiques pures sont apportées par le professeur en mode suivi des modifications et les remarques à propos du contenu sont enregistrées au format MP3 dans des fichiers de remarque qui sont mis à disposition sur une plate-forme d'échange commune.

Cette application des logiciels standard en tant qu'outils de formation peut être comparée à l'utilisation d'une calculatrice dans l'enseignement de la géographie ou à la consultation de termes spécifiques dans une encyclopédie dans l'enseignement de l'histoire. Le rôle du rôle du professeur de géographie n'est pas d'expliquer le calcul des pourcentages et l'utilisation efficace de la calculatrice. Il part en effet du principe que les élèves ont acquis les connaissances et les aptitudes nécessaires pendant leurs cours de mathématiques. De même, les enseignants des différentes matières doivent pouvoir se baser sur le fait que les principes fondamentaux nécessaires à l'utilisation des logiciels standard ont été préalablement acquis par les élèves.

Contrairement à une idée largement répandue, les logiciels standard sont aujourd'hui devenus trop complexes pour se contenter d'apprendre à les manipuler « sur le tas ». Prenons comme exemple un traitement de texte : de nombreux documents électroniques sont créés en contradiction avec les règles de l'art. Ils ne font appel à aucun modèle de mise en forme, la table des matières n'est pas générée automatiquement et les photos y sont insérées avec une résolution trop importante. Une initiation aux concepts fondamentaux du traitement de texte est indispensable. Le traitement de texte n'est pas un simple outil, il est aussi une matière à enseigner. Le thème « Écriture -- hier et aujourd'hui » permet d'illustrer un certain nombre de concepts informatiques : les composants individuels des textes mènent au concept d'objet, les objets d'un traitement de texte possèdent des propriétés pour lesquelles il existe des réglages par défaut ; les opérations modifient les attributs des objets et doivent être exécutées dans un ordre donné. Cette liste peut être prolongée à volonté. Vous trouverez des exemples supplémentaires, également au sujet des tableurs et des bases de données, dans le support de cours Informatik und Alltag qui propose une introduction applicative de l'informatique au niveau secondaire [Fri98].

Exemple 2 : logiciels mathématiques en tant qu'outils spécialisés et sujets d'étude

L'ordinateur a considérablement modifié l'enseignement des mathématiques au cours des dernières décennies. Les calculatrices à fonctions graphiques permettent de générer les graphes des fonctions d'une simple pression sur une touche. Les progiciels de calcul formel calculent symboliquement les dérivées et les intégrales. Ces calculs sont plus rapides que s'ils étaient effectués à la main et le risque d'erreur est plus faible. Des systèmes de calcul formel puissants peuvent en outre accomplir des tâches qu'il serait impossible de mener à bien manuellement.

Mais l'ordinateur en tant qu'outil dans l'enseignement des mathématiques est également un sujet pour l'enseignement de l'informatique. Des thèmes tels que les analyseurs syntaxiques, les algorithmes numériques, les problèmes de l'arithmétique finie, l'infographie et la géométrie algorithmique jusqu'aux questions de calculabilité jouent un rôle important lors de l'élaboration d'outils mathématiques complexes. Une utilisation compétente et efficace d'un tel outil serait quasiment impossible sans la compréhension de certains concepts fondamentaux qui résident derrière les systèmes de calcul formel.

Exemple 3 : applets Web en tant que logiciels d'enseignement et matière enseignée

De petites applets interactives présentes sur l'Internet font aujourd'hui office de logiciels d'enseignements dans de nombreux domaines : la visualisation des forces de friction en mécanique, la simulation des modèles prédateur-proie en biologie ou la superposition de tonalités en musique n'en sont que trois exemples. Les applets permettent la visualisation des processus dynamiques, la modification interactive des paramètres d'un modèle et la simulation d'exemples réalistes.

En enseignement de l'informatique, la programmation d'applets, l'élaboration de GUI ainsi que les principes d'utilisabilité et de conception multimédia peuvent constituer des sujets d'étude. Et c'est justement dans les petits environnements pédagogiques que les exigences en matière de convivialité et de robustesse des logiciels sont particulièrement élevées.

Exemple 4 : outils de TCAO en e-Learning et en tant que sujet d'étude

Il existe de nombreux outils assistés par ordinateur (TCAO -- Travail collaboratif assisté par ordinateur) qui facilitent la collaboration à distance. Ceux-ci vont des simples utilitaires de messagerie instantanée pour la communication synchrone jusqu'aux synergiciels de coordination et d'échange de documents ou aux Wikis pour la création et l'édition communes de pages Web, en passant par les plates-formes de présentation et la vidéoconférence. Cette liste peut être complétée par des outils tels que les blogs, les sites Web avec des tests simples ou des sondages et bien plus encore.

En enseignement informatique, ces systèmes peuvent servir d'exemples aux difficultés rencontrées avec les applications partagées. Ils permettent également d'illustrer de nombreux concepts sophistiqués : multithreading, problèmes de concurrence, architecture client-serveur, performances des applications serveur, streaming audio et vidéo, gestion des versions ou questions de sécurité, pour ne citer que quelques exemples.