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Programmes dirigés

Aucun ordinateur ne pourrait fonctionner sans système d'exploitation. Les futurs techniciens d'assistance IT doivent donc acquérir des connaissances approfondies dans ce domaine. Enseignant à l'école d'enseignement professionnel, W. souhaite que ses élèves puissent apprendre à la fois les concepts fondamentaux des systèmes d'exploitation et leurs applications pratiques. Les connaissances préalables de ses élèves dans ce domaine sont cependant très disparates. Certains sont de véritables experts de Linux et installent une nouvelle version d'un système d'exploitation en un tour de main, alors que d'autres trouvent déjà difficile sa simple utilisation.


Problème : le spectre des connaissances préalables des étudiants dans l'enseignement de l'informatique est souvent très large  ; il est donc difficile d'intégrer ce facteur dans l'organisation de la formation.

La maîtrise du cours précédent est le facteur le plus important dans la réussite de l'apprentissage d'un nouveau sujet (voir par ex. Bloom [Blo76]). La tentation est néanmoins grande d'aborder le thème suivant dès qu'une partie des élèves a compris le sujet actuel, car le programme pédagogique met les enseignants sous pression. De nombreux enseignants attendent en fait que les premiers élèves confirment par hochement de tête ou par un « ouais » vigoureux qu'ils ont bien compris le cours et poursuivent alors le programme établi dès qu'environ un tiers de la classe l'a comprise (effet Lundgren, [Lun72]). Le paradoxe ici est que ce sont précisément les enseignants qui empêchent la majorité des élèves de bien comprendre le sujet. La conséquence est un cercle vicieux : moins un élève comprend un sujet, plus il lui sera difficile de comprendre les nouveaux qui en découlent. Le risque de frustration est ainsi élevé. Par conséquent, un enseignement de bonne qualité ne doit pas se baser sur les 30 % d'élèves les plus rapides d'une classe, mais s'articuler autour de la pédagogie de la maîtrise ou Mastery Learning : l'étude du sujet ne se poursuit que lorsque 80 à 90 % des élèves ont compris le thème traité.

Le problème qui se pose dans l'enseignement de l'informatique est que les élèves apprennent et progressent à des rythmes différents. Phénomène ici bien plus prononcé que dans d'autres spécialités : alors que dans la connaissance des concepts les différences de connaissances préalables restent généralement dans des limites raisonnables, il existe souvent une forte disparité au niveau des compétences de manipulation de l'ordinateur et de la connaissance des différents programmes. Les programmes dirigés apportent ici une solution en personnalisant l'enseignement. La méthode d'enseignement remonte au concept du plan Keller [Kel68] et s'inspire du principe Mastery Learning de Benjamin Bloom. Le thème est divisé en paquets individuels et s'accompagne d'instructions pour l'auto-apprentissage. Un test est effectué auprès de l'enseignant après chaque paquet, et ce n'est qu'après avoir réussi ce test que le paquet suivant peut être entamé. Les étudiants doivent comprendre le sujet avant de pouvoir continuer (Fig. 15.1).

Traitement du sujet au cours d'un script de 30 à 90 minutes

Contrôle du résultat : ai-je tout compris ?
oui
non

Fig. 15.1 Principe Mastery Learning avec les programmes dirigés

Un programme dirigé doit inclure toutes les informations essentielles pour les étudiants et est généralement constitué de la manière illustrée dans la figure 15.2. Un programme dirigé tient compte des connaissances préalables et des rythmes d'apprentissage différents des élèves en incluant à cet effet un fundamentum et un additum. Le fundamentum contient les parties du sujet que tout le monde doit être en mesure de maîtriser. L'additum est conçu pour les élèves les plus rapides et contient un complément plus approfondi. Ce complément doit être attrayant pour que les plus rapides l'étudient. Un additum bien adapté à l'informatique se compose d'informations sur les produits actuels, de différentes solutions techniques appliquées, d'autres variantes de solution, de considérations supplémentaires relatives au temps d'exécution des algorithmes ou encore de courtes expériences.

Chaque chapitre d'un programme dirigé commence par une vue d'ensemble et la présentation des objectifs d'apprentissage, suivis d'une introduction facilement compréhensible du sujet. Un programme dirigé bien conçu ne se contente pas de présenter les sujets par de longs textes, mais il est varié et encourage les étudiants à faire preuve d'initiative et à réfléchir par eux-mêmes.

Rythme individuel Contenu
Fundamentum

Tous les élèves doivent en acquérir au moins 80 %

Présentation générale et objectifs

Présentation facilement compréhensible du sujet

Exercices sur le sujet, instructions pour des expériences

Additum

Absence de temps mort pour les plus rapides

Contrôle des connaissances (Tests)

Annexes (solutions des exercices)

Fig. 15.2 Construction d'un chapitre d'un programme dirigé

En informatique, un programme dirigé permet, pour de nombreux sujets, d'intégrer de petits exercices sur ordinateur. Exemple : pendant le cours sur les réseaux, découvrir soi-même les différents aspects du fonctionnement du réseau de l'école ou, pendant les travaux pratiques, approfondir directement sur l'ordinateur les principes de la feuille de calcul. Pour que les élèves puissent travailler de manière autonome, il convient de leur donner des solutions détaillées pour tous les exercices.

Chaque chapitre est suivi d'un contrôle des connaissances : l'élève vérifie lui-même s'il a bien compris le sujet. L'enseignant fait ensuite passer un test, par écrit ou au cours d'un entretien oral. Ce test est important, car il donne aux étudiants la possibilité de clarifier certaines ambiguïtés directement avec l'enseignant. C'est ce contact intensif et direct avec l'enseignant qui distingue la méthode du programme dirigé de toutes les autres formes d'auto-apprentissage.

Les programmes dirigés sont adaptés à des groupes hétérogènes d'étudiants ayant des connaissances préalables différentes et aux sujets complexes. Dans les deux cas, la personnalisation tient compte des rythmes d'apprentissage différents : les stagiaires les plus lents peuvent prendre leur temps et éventuellement revenir en arrière tandis que les plus rapides peuvent sauter les compléments d'explication et découvrir des aspects supplémentaires dans l'additum. Il existe un avantage supplémentaire dans le cas des sujets difficiles qui peuvent ainsi être présentés plus précisément par écrit que verbalement. La confiance en soi des étudiants est en outre renforcée lorsqu'ils réussissent à accomplir par eux-mêmes une tâche difficile.

Cependant, les programmes dirigés présentent également des inconvénients dont le principal, du point de vue de l'enseignant, est l'effort nécessaire à leur préparation. Le langage pédagogique verbal laisse beaucoup de liberté d'improvisation pendant le cours. Dans le cas d'un programme dirigé, l'enseignant doit prévoir chaque détail, se demander quels aspects du sujet sont particulièrement difficiles et nécessitent de ce fait une présentation détaillée. Par conséquent, les programmes dirigés devraient en priorité être créés pour des thèmes récurrents et conjointement par plusieurs enseignants. Du point de vue des étudiants, les programmes dirigés impliquent qu'ils doivent prendre en charge leur propre apprentissage et ne peuvent pas se cacher au fond de la classe. Ce sont toutefois ces inconvénients qui font des programmes dirigés l'une des méthodes pédagogiques les plus efficaces : le sujet est présenté avec soin ; les étudiants sont donc contraints de l'étudier de manière intensive.

Solution : les connaissances préalables des produits et les compétences dans leur manipulation sont très hétérogènes dans l'enseignement de l'informatique. Toute forme d'enseignement centrée sur l'enseignant impose un rythme d'apprentissage commun inadapté à de nombreux étudiants, dans un sens ou dans l'autre. La solution réside dans des formes pédagogiques plus personnalisées, centrées sur les étudiants. Les programmes dirigés sont des matériels d'auto-apprentissage incluant 2 à 10 cours et convenant parfaitement à l'enseignement de l'informatique.

Exemple 1 : programme dirigé d'introduction au système d'exploitation Unix

Un système d'exploitation comme Unix contient énormément d'instructions. La simple énumération des instructions une à une avec description des options associées n'aurait bien évidemment aucun sens du point de vue pédagogique. Il est nettement préférable ici que les étudiants puissent se familiariser avec les principales instructions et l'utilisation des pages d'aide. Des exercices pratiques sur ordinateur sont donc nécessaires. La Figure 15.3 est un exemple de chapitre d'un programme dirigé correspondant [Swi] où une présentation générale et les objectifs de la formation sont suivis d'une courte partie théorique. Cette dernière est illustrée par des exercices pratiques sur ordinateur. Après la partie théorique viennent des applications destinées à approfondir le sujet traité.

Cet exemple illustre également la différence entre un mode d'emploi pur et un programme dirigé. Un programme dirigé ne doit pas se limiter aux consignes d'utilisation de l'OS UNIX, mais doit également communiquer ses concepts fondamentaux. Après avoir réalisé le programme dirigé, les étudiants doivent avoir une idée de ce qu'est un système d'exploitation, de ce qui caractérise plus spécifiquement UNIX et de la façon de travailler concrètement avec UNIX.

Objectifs pédagogiques

Apprendre à protéger ses fichiers ou ses répertoires contre un accès non autorisé.

Se familiariser avec deux caractères génériques simples qui seront très utiles dans l'avenir, notamment pour rechercher des documents.

Théorie

Chaque fichier et répertoire sous UNIX possède non seulement un nom, mais aussi toute une série d'autres informations. Ces caractéristiques spécifiques (attributs) sont enregistrées dans l'en-tête du fichier et un grand nombre d'entre elles peut être affiché en tapant l'option -l après la commande ls.

Si le répertoire actuel n'est pas vide, le Shell peut alors prendre l'aspect suivant, par exemple :

Pratique

Fig. 15.1. Principe Mastery Learning avec les programmes dirigés

Applications

1er exercice

Crée un nouveau répertoire ayant pour nom « Personnel ».

À quoi les droits d'accès des différents groupes d'utilisateurs ressemblent-ils à présent ?

[…]

Fig. 15.3 Extrait d'un programme dirigé d'introduction à Unix

Exemple 2 : programme dirigé de programmation récursive

La récursivité comme méthode de conception d'algorithmes est une construction mentale difficile. Plusieurs essais sont généralement nécessaires avant de comprendre le principe de la récursivité, avec pour difficulté supplémentaire que la présentation du thème de la récursivité dans le matériel didactique n'est souvent pas optimale. La récursivité en tant que principe algorithmique, par exemple, est mélangée avec le concept de répétition de séquences définies. La suite des nombres de Fibonacci est ainsi fréquemment utilisée comme exemple d'introduction à la programmation récursive, qui porte justement sur le calcul itératif de séquences définies de manière récursive. Dans un programme dirigé, les termes peuvent être clairement définis et différenciés [Swi]. Le programme dirigé permet à l'élève de consacrer aux bases de la récursivité le temps nécessaire pour comprendre pleinement le concept.

Un programme dirigé sur la programmation récursive peut d'abord présenter le principe de la récursivité en utilisant des exemples simples de la vie quotidienne tels que les plis d'une feuille de papier ou encore la sonnerie du téléphone. Suit alors la mise en application sous la forme de programmes récursifs, puis la réalisation de programmes simples.

La récursivité peut être très bien visualisée. Le programme dirigé examine ainsi en profondeur les courbes à définition récursive, par exemple les courbes du dragon et la courbe fractale en flocon de Koch. Les étudiants les plus rapides pourront dans l'additum programmer des courbes plus complexes, telles que les arbres de Pythagore ou les figures en chou-fleur (figure 15.4). Ces courbes sont très intéressantes et autorisent de nombreuses variantes, ce qui les rend idéales pour l'additum. Les étudiants les plus rapides ne veulent pas simplement qu'on leur donne de quoi s'occuper : ils souhaitent relever des défis et résoudre des problèmes les conduisant à faire leurs propres découvertes.

Fig. 15.4. Courbes sophistiquées dans l'additum

Fig. 15.4 Courbes sophistiquées dans l'additum