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Les structurants préalables pour en venir à l'essentie

« Bonjour à tous. Après avoir pris connaissance des principes fondamentaux de la programmation pendant les deux premiers jours du stage, nous allons à présent étudier quelques structures de données importantes telles que les listes normales, les listes doublement chaînées, les codes de hachage et les arbres binaires. » Suite à cette introduction, l'enseignant C. a eu une sensation désagréable. Les stagiaires n'avaient en fait aucune idée de la signification de ce jargon.


Problème : l'enseignement de l'informatique traite souvent d'un sujet dont les étudiants n'ont aucune idée. Une entrée en matière directe avec des termes nouveaux ou des définitions n'est pas une approche idéale. Les étudiants ne peuvent pas absorber les concepts nouveaux ni établir la relation avec leurs connaissances préalables.

L'enseignement de l'informatique commence souvent par des termes techniques compliqués : « nous allons aujourd'hui examiner de plus près les unités arithmétiques et logiques, en anglais Arithmetic and Logic Unit ou ALU ». De plus, l'enseignement est souvent structuré de sorte que l'idée principale n'est communiquée qu'après la présentation d'une multitude de définitions et de détails. Un structurant préalable (en anglais Advance Organizer -- AO) peut ici apporter une solution [Aus60]. Le structurant préalable regroupe les principales idées du nouveau contenu à enseigner dès le début du cours. Il se base exclusivement sur des termes et des idées déjà connus, ce qui permet aux étudiants d'établir le lien entre le nouveau sujet et le savoir existant. La compréhension et l'organisation sont ainsi facilitées et le nouveau sujet est mieux intégré. En d'autres termes, un structurant préalable va chercher les gens là où ils se trouvent. Il n'impose que très peu de conditions préalables et établit des liens clairs entre ce qui est connu et le sujet à venir. [Mayer le décrit comme suit [May79] :]

[unfortunately, it is still not possible to offer a foolproof definition of what constitutes an advance organizer. A good advance organizer provides an organized conceptual framework that is meaningful to the learner, and that allows the learner to relate concepts in the instructional material to elements of the framework. In the present studies, good organizers have been concrete models or analogies or examples, sets of general higher order rules, and discussions of the main themes in familiar terms. In the present studies, poor organizers have been specific factual prequestions, summaries, outlines, and directions to pay attention to specific key facts or terms. ](Il n'est malheureusement pas encore possible de proposer une parfaite définition de ce qui constitue un structurant préalable. Un structurant préalable bien conçu définit un cadre conceptuel organisé qui a un sens pour l'étudiant et qui lui permet d'établir un lien entre les concepts dans le matériel didactique et les éléments du cadre. D'après les études actuelles, les structurants qui peuvent être considérés bien conçus ont été des modèles concrets, des analogies ou des exemples, des ensembles de règles générales d'ordre supérieur et des discussions en termes familiers sur les thèmes principaux. Toujours d'après les études actuelles, les structurants mal conçus ont été des questions préalables factuelles spécifiques, des résumés, des ébauches et des instructions demandant d'accorder une attention particulière à certains faits ou termes spécifiques.)

Le structurant préalable (ou épitome) est une technique d'enseignement bien documentée dans la pédagogie générale et dont l'effet positif est confirmé. Le structurant préalable s'avère particulièrement utile en informatique où de nombreux nouveaux développements sont élaborés à partir de connaissances et de principes existants à la base desquels ils peuvent être expliqués. Un structurant préalable s'impose en outre d'autant plus que le thème est abstrait. Les structurants préalables qui établissent une analogie avec des sujets familiers de la vie quotidienne s'avèrent particulièrement efficaces dans l'inhibition des craintes éprouvées face à certains thèmes de l'informatique : « en fait, ce n'est pas plus compliqué que d'enfourner une tarte, de jouer à la belote ou encore de poster une lettre. »

Solution : les structurants préalables expliquent les idées essentielles du nouveau sujet à traiter en faisant appel à des concepts et des termes connus, favorisant ainsi le lien avec les connaissances existantes. La compréhension par les étudiants s'en trouve améliorée et ces derniers retiennent mieux.

Exemple 1 : routage

Un structurant préalable pour un cours de deux heures ayant pour thèmes l'adressage et le routage sur Internet dans un lycée d'enseignement technique pourrait se présenter ainsi :

lorsque vous surfez sur le Web, à chaque clic sur un lien, votre navigateur envoie une requête à un serveur Web. Le serveur répond alors en envoyant la page souhaitée. Du point de vue de l'utilisateur, ce processus a l'air très simple. Que se passe-t-il alors dans les coulisses ? Comment les paquets de données trouvent-ils leur chemin vers le serveur et en reviennent-ils ? Ce sont ces questions que nous allons traiter aujourd'hui.

En fait, cela fonctionne comme le courrier postal auquel vous êtes habitués. Imaginons que vous déposiez dans une boîte aux lettres de la rue du Louvre à Paris une carte postale adressée à un ami à Bienne, en Suisse. Que se passe-t-il alors ? La carte postale se retrouve tout d'abord au centre de tri local du 1er arrondissement de Paris. La règle appliquée ici est que tout courrier qui n'est pas destiné au 1er arrondissement est envoyé au centre régional de tri de Gonesse, ce qui est le cas de notre carte postale. Il existe là aussi une règle selon laquelle tout ce qui n'est pas destiné à la France mais à l'Europe est envoyé au train postal.

Notre carte postale parvient ainsi par voie ferrée jusqu'au centre de tri postal de Berne puis est acheminée au bureau de poste de Bienne. Elle sera ici confiée au préposé au courrier chargé du quartier correspondant à la rue indiquée sur la carte postale, et celui-ci viendra la déposer dans la boîte aux lettres portant le numéro figurant au début de l'adresse.

Quelles sont les points essentiels de ce mécanisme ? Les bureaux de poste locaux au début et à la fin du trajet doivent connaître précisément la rue et le nom des personnes. La connaissance de la direction et de la destination approximatives est par contre suffisante pour tous les centres intermédiaires. Le centre régional de Gonesse, par exemple, envoie tout ce qui n'est pas destiné à la France au train postal. Les employés du centre de tri ne sont pas concernés par les autres centres qui se trouvent entre la gare d'où part le train postal et le destinataire du courrier. Chaque courrier est ainsi retransmis au poste suivant par petits sauts.

Dans le cours qui suit, les étudiants s'intéressent à l'adressage des ordinateurs au sein du réseau local et à la manière dont les paquets de données trouvent leur chemin d'un réseau local à l'autre. L'enseignante établit ici toujours la même analogie avec la carte postale. Lorsque les étudiants observent concrètement les paramètres du réseau sur un ordinateur, par exemple, la passerelle par défaut du réseau correspond alors au bureau de poste local de notre carte postale.

Exemple 2 : fonctionnement des moteurs de recherche

Un structurant préalable pour un cours de deux heures ayant pour thèmes les robots d'indexation et l'indexage dans un moteur de recherche dans un lycée d'enseignement technique pourrait se présenter ainsi :

vous utilisez presque quotidiennement des moteurs de recherche Internet, mais ces outils sont étonnamment efficaces. Ils sont capables de délivrer en quelques fractions de secondes des résultats à partir de milliards de pages Web. Après ces deux heures, nous connaîtrons le secret de la rapidité de ces moteurs de recherche.

Je peux toutefois vous en décrire les grandes lignes en une minute : imaginez un ouvrage technique de 900 pages consacré aux réseaux informatiques, par exemple. Vous voulez maintenant savoir ce qu'est le MPLS. Comment procédez-vous ? Vous consultez bien évidemment l'index alphabétique contenant tous les termes importants avec les numéros des pages où ils sont traités. Grâce à l'index, il est inutile de parcourir la totalité du livre, il vous suffit de consulter quelques pages indiquées en regard du terme recherché. Le gain de temps est considérable.

Le mystère commence donc à s'éclaircir. L'index est en fait une structure de données dans laquelle le contenu de l'ouvrage a été prétraité pour accélérer la recherche d'après des mots-clés. Un moteur de recherche fonctionne de la même façon : il crée un gigantesque index des termes trouvés dans les pages Web et, pour chaque terme, note les pages sur lesquelles il apparaît.

Les élèves ont ensuite été initiés au fonctionnement du robot d'indexation, des composants d'indexation et de l'index. L'analogie avec l'index dans un livre a été régulièrement rappelée : les ordinateurs permettent aux moteurs de recherche de combiner entre elles différentes listes de termes, c'est la raison pour laquelle une requête peut contenir plusieurs mots-clés. Cette approche n'est pas possible directement dans un livre, il faudrait combiner manuellement les listes de numéros de page correspondant à plusieurs termes. L'index d'un livre a cependant pour avantage d'avoir été établi manuellement. Une page apparaît également dans l'index lorsqu'elle contient uniquement l'expression « Multiprotocol Label Switching » au lieu de l'acronyme MPLS, une opération impossible à réaliser pour la majorité des moteurs de recherches car elle imposerait un traitement linguistique supplémentaire. La présentation du cours ébauchée ci-dessus est assurément plus compréhensible pour les étudiants qu'une introduction telle que « nous allons aujourd'hui parler du principe de fonctionnement des moteurs de recherche sur Internet. Concrètement, nous allons nous intéresser à la recherche de document sur le Web à l'aide de robots d'indexation de type Spider ou Crawler, puis l'indexation du texte dans les documents trouvés et finalement l'enregistrement des mots-clés dans un index, la structure de données centrale d'un moteur de recherche.

La représentation des documents que nous obtiendrons ainsi est généralement appelée vectorisation descriptive des documents. »

Exemple 3 : bases de données relationnelles

Les deux derniers structurants préalables utilisent des analogies avec la vie quotidienne pour faciliter la compréhension. Cette approche est utile, mais en aucun cas obligatoire. Un structurant préalable peut très bien également faire appel aux connaissances informatiques existantes. Une unité de cours d'initiation aux bases de données relationnelles, par exemple, pourrait illustrer les idées essentielles en se servant de l'organisation d'une pension pour chats. Toutes les informations nécessaires sont ici gérées à l'aide d'un tableur. Une page du tableur contient tous les clients (Fig. 18.1) et l'autre les chats (Fig. 18.2).

Les principes fondamentaux des bases de données relationnelles sont les suivants : les données sont gérées sous forme d'enregistrements dans des tableaux. Un enregistrement se compose d'une série d'attributs. Certains attributs sont définis comme attributs-clés et interviennent dans l'identification des enregistrements ou dans la combinaison des tableaux. Un langage de requête permet d'interroger les informations enregistrées dans les tableaux.

L'exemple de la pension pour chats permet de présenter et d'expliquer très facilement ces principes. Même un langage de requête tel que le SQL peut être examiné de plus près sans détails techniques. Le propriétaire de la pension dit à sa fille : « écoute, j'ai besoin de connaître les noms de toutes les personnes qui amèneront leurs chats le 10 avril. Je veux les prévenir que je serai absent l'après-midi pour qu'elles puissent s'organiser en conséquence. » Dans un premier temps, la fille recherche tous les enregistrements du tableau Katzen (Chats) dont la colonne "von" (de) contient 10. April et note le chiffre qui figure dans la colonne Besitzer (Maître). À l'aide de ce chiffre, elle recherche alors le nom du maître correspondant dans le tableau Kunden (Clients) et le note. L'enseignant pourra revenir à cet exemple plus tard dans le cours et montrer la requête SQL correspondante :

SELECT Kunden.Name FROM Kunden, Katzen
WHERE Katzen.von = '10. April' AND Katzen.Besitzer = Kunden.Nr

Fig. 18.1

Fig. 18.1. Tableau des clients

Fig. 18.1

Fig. 18.2. Tableau des chats