Mathématiques
L'étude des suites se prête tout particulièrement à la mise en place d'activités algorithmiques. CONTENUS. CAPACITÉS ATTENDUES. COMMENTAIRES. Second degré.
Premiers pas en C 1 Exercice 1 2 Exercice 2
Algorithmique et programmation C et qui affiche ensuite `a l'écran le prénom l'âge et le nombre de jours vécus. Correction ... #include <math.h>.
PGE PGO
Pour les classes préparatoires scientifiques (Math Spé ENS Cachan. sereine et d'un âge certain… mais à l'écoute des tendances de son temps ». Parmi.
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Il a pour but d''évaluer votre niveau général en économie et d''identifier vos besoins. -Le second test / contrôle aura lieu au TD n°9. -Enfin le troisième
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Université Paris Descartes
Mots-clés : savoir informatique algorithmique
La microsimulation dynamique : principes généraux et exemples en
retraite une projection jointe de la population selon son âge et son nombre Le calibrage est fait par un algorithme ABC limité à seulement quatre ...
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École doctorale 180 : Sciences Humaines et Sociales Laboratoire Education, Discours et Apprentissages (EDA)L'enseignement de savoirs informatiques pour
débutants, du second cycle de la scolarité secondaire scientifique à l'université en FranceUne étude comparative
Volume I
Par Claver NIJIMBERE
Thèse de doctorat de Sciences de l'éducation Dirigée par Georges-Louis BARON et Mariam HASPEKIAN Présentée et soutenue publiquement le 19 juin 2015Devant un jury composé de :
Bruillard Éric, Professeur des universités, École Normale Supérieure de Cachan, Rapporteur
Komis Vassilis, Professeur des universités, Université de Patras (Grèce), Rapporteur Drot-Delange Béatrice, Maître de conférences, Université Blaise Pascal, MembreBaron Georges-Louis, Professeur des universités, Université Paris Descartes, Directeur de Thèse
Haspekian Mariam, Maître de conférences, Université Paris Descartes, Co-directrice de Thèse
Résumé :
Cette thèse de doctorat interroge l'enseignement et l'apprentissage de savoirs informatiques chez des
débutants en France. Elle vise à comprendre comment des débutants mettent en oeuvre et construisent
des savoirs informatiques.Nous avons utilisé une méthodologie qualitative de type ethnographique
mobilisant des observations, des questionnaires, des entretiens semi-directifs et des analyses de textes
officiels et de manuels. Nous avons aussi procédé par une approche comparative des pratiques des ly-
céens et des étudiants d'une part, et des enseignants, d'autre part.Les résultats montrent des pratiques contrastées, entretenues par des tensions dans le prescrit1. Au ly-
cée, en dehors d'ISN où l'informatique est rattachée aux mathématiques, les pratiques semblent in-
fluencées par quatre facteurs : la motivation (liée aux représentations), la formation continue des
enseignants, la jeunesse dans le métier etl'approche pédagogique utilisée. La pratique est focalisée
sur l'approche logique de l'algorithmique avec un travail au papier-crayon :la programmation est li-mitée, et lorsqu'elle a lieu, c'est plus avec une calculatrice mais aussi rarement avec le langage Algo-
box. Chez les élèves, l'algorithmique est vue comme un nouveau domaine supplémentaire introduit
en mathématiques mais différent des mathématiques et de l'informatique. Les très bons élèves en al-
gorithmique sont en général bons en mathématiques. L'ISN accueille desélèves de tous les profils,
mais avec des motivations différentes, allant de la découverte de l'informatique dans un contexte for-
mel au refuge des autres spécialités : leurs pratiques sont contrastées. C'est avec l'ISN qu'ils dé-
couvrent l'informatique au travers des formes d'enseignement variées et des problèmes de plus en
plus complexes. Les pratiques des enseignants restent influencées par leur formation d'origine, avec
un manque de recul chez les non-spécialistes d'informatique.À l'Université, les apprentissages des étudiants en programmation sont avancés, comparativement à
ceux des lycéens. Les programmes informatiques ainsi réalisés sont souvent sophistiqués et incor-
porent des éléments issus de différentes sources externes. Les notions mathématiques investies par les
étudiants sont souvent modestes.
Au-delà de la formation des enseignants, la motivation occupe une place fondamentale pour adhérer à
cet enseignement/apprentissage et soutenir des pratiques enseignantes comme chez les apprenants. Mots-clés :savoir informatique, algorithmique, mathématique, programmation des robots, projet,filière scientifique, second degré secondaire, licence de l'université, enseignement, débutant,
Burundi, France
1Les textes officiels et les manuels scolaires
2Title :
Teaching computer knowledge to beginners, in scientific secondary school and university in France: a comparative approachAbstract:
This thesis questions the teaching and learning of computer knowledge to beginners in France. It aims
to understand how beginners implement and build computer knowledge. We used a qualitative methodology mobilizing ethnographic observations, questionnaire, semi-structured interviews and theanalysis of official instructions and textbooks. We also conducted a comparative study of the practice
of both school and university students, on the one hand, and teachers, on the other hand.Results show contrasting situations between secondary schools and university. In high school,
algorithmic curricula exist within mathematic education. In this case, practice is influenced by four
factors: motivation (related to representation), professional development for teachers, youth in
business and pedagogical approach. The practice mainly focuses on a logical approach to algorithmicusing work paper and pencil: programming is limited, and when it occurs, it is often with a calculator
but rarely with the Algobox language. Among students, algorithms are perceived as a new domain in the mathematics programs, but different from both mathematics and informatics. Very good studentsin computing are generally good at math. Another elective course, specifically about informatics, has
also been recently implemented for grade 12 students. It welcomes students of all profiles, but withdifferent motivations, from the discovery of computers in a formal context to a shelter against other
elective courses: their practices are manyfold. Within ISN, they discover computers through various forms of education and problems of increasingcomplexity. Teacher practice is influenced by their original education, with a lack of experience for
non specialists teachers. At the University level, students show more advanced practice. They produce computer programs areoften sophisticated and incorporate elements from various external sources. The mathematics
knowledge invested by students is often modest. In addition to teacher's training, motivation is fundamental to adhere to this teaching/learning and support practice, both for teachers and students. Keywords : informatics knowledge, algorithmics, mathematics, educational robotics, scienti- fic learning, secondary education, higher education, Burundi, France 3Dédicace
À mon épouse et mes enfants qui ont supporté mon absence durant toute la période des études de master et de doctorat et m'ont encouragé à aller jusqu'au bout ; À mes parents, pour l'éducation qu'ils nous ont donnée ;À mes frères et soeurs, pour l'unité et la solidarité qui les ont toujours caractérisés ;
À mes amis et voisins, pour avoir été proches de ma petite famille en mon absence ;Je dédie cette thèse de doctorat.
4Remerciements
L'aboutissement de cette thèse de doctorat est le fruit du travail et de l'accompagnement de nom- breuses personnes que j'ai la joie de remercier.Mes vifs et sincères remerciements sont particulièrement adressés à Georges Louis Baron, directeur
de cette thèse. Votre disponibilité pour accompagner ce travail, vos conseils constructifs et vos en-
couragements tout au long de son déroulement d'une part et votre rigueur scientifique d'autre part,
ont contribué pour un meilleur achèvement.Mes remerciements s'adressent aussi à Mariam Haspekian, codirectrice de cette thèse. C'est avec
vous que j'ai commencé ma première publication. Vos conseils et votre rigueur scientifique m'ont été
d'un grand atout pour ce travail et me seront fort utiles pour la suite. Merci d'avoir accepté de codiri-
ger cette recherche.Je suis très reconnaissant à l'égard d'Éric Bruillard. C'est vous qui m'avez inspiré le goût de la re-
cherche en master 2 et qui m'avez accompagné jusqu'à aujourd'hui. Que cette étape franchie soit
votre satisfaction. Merci aussi d'avoir accepté d'être rapporteur de cette thèse de doctorat.
Mes remerciements vont également à l'endroit de Vassilis Komis pour avoir accepté de lire ce travail.
Merci d'avoir accepté de faire partie du Jury et d'évaluer ce travail.Mes remerciements sont aussi adressés à Béatrice Drot-Delange. Vous avez très tôt accepté de faire la
relecture de ma thèse. Merci pour votre disponibilité et d'avoir accepté de faire partie du Jury d'éva-
luation de ce travail.Je remercie aussi toutes les personnes qui ont contribué d'une façon ou d'une autre à ce que ce travail
aboutisse : les enseignants, les élèves et les étudiants qui ont été disponibles pour le recueil des don-
nées et tous ceux qui ont gentiment accepté de faire la relecture de cette thèse.Mes remerciements s'adressent aussi aux conseillers principaux d'éducation du Lycée Gustave Eiffel,
y compris Monsieur Védy qui n'est plus dans ce lycée, pour toutes les facilités mises à ma disposition
durant cette thèse et, aux surveillants pour leurs encouragements. Je suis très reconnaissant aux labo-
ratoires EDA et STEF pour leurs accompagnements dans mes premiers pas de chercheur.Enfin, un grand remerciement est adressé au Gouvernement du Burundi pour avoir financé mes
études de master et de doctorat.
Les mots me manquent pour exprimer les remerciements que vous méritez. Je préfère le dire en cette
courte phrase : Que Dieu vous bénisse. 5Sigles et abréviations
ACM : Association for Computing Machinery
AFDI: Association Francophone pour la Didactique de l'Informatique AFSTIS: Association Française des Sciences et Technologies de l'Information et desSystèmes
AUF: Agence Universitaire de la Francophonie
B2i : Brevet Informatique et Internet
BEPC : Brevet d'Études du Premier Cycle
BTS : Brevet de Technicien Supérieur
CAPES : Certificat d'Aptitude au Professorat de l'Enseignement du Second degréCAS : Computer At School
CDI : Centre de Documentation et d'Information
CE : Computer Engineering
CEPGL : Communauté économique des pays des Grands LacsC2i : Certificat Informatique et Internet
CERI : Centre pour la Recherche et l'Innovation dans l'Enseignement CNDP : Centre National de Documentation Pédagogique CNRS: Centre National pour la Recherche ScientifiqueCOMESA: Commun Market for East and South Africa
CONFEMEN : Conférence des Ministres de l'Éducation des pays ayant le français en partage CPGE : Classes Préparatoires aux Grandes ÉcolesCRI : Centre de Recherches et d'Innovation
CS: Computer Science
CSTA: Computer Science Teacher's Association
DEST : Diplôme d'Études Supérieures Techniques DGPC : Direction Générale de la Programmation et de la CoordinationDUT: Diplôme Universitaire de Technologie
EAC: East African Community
EAO : Enseignement Assisté par Ordinateur
EIAH: Environnement Informatique d'Apprentissage HumainENS: École Normale Supérieure
EPI : Enseignement Public et Informatique
6 ESPE : Écoles Supérieures de Professorat et de l'ÉducationIDH : Indice de Développement Humain
IMO: International Mathematic Olympiad
INRIA : Institut National de Recherches en Informatique et AutomatismeINSP : Institut National de Santé Publique
IOI: International Olympiad in Informatics
IPA: Institut de Pédagogie Appliquée
ISCA : Institut Supérieur des Cadres MilitairesISN : Informatique et Sciences du Numérique
IUT : Instituts Universitaire de Technologies
Li : Licence i (i := 1, 2 ou 3)
LSE: Langage Symbolique d'Enseignement
MEPS : Ministère de l'Enseignement Primaire et secondaireMIT : Massachussetts Institute Technology
MIAGE : Maîtrise d'Informatique Appliquée à la Gestion OCDE : Organisation de Coopération et de Développement Économique PASEC : Programme d'Analyse des Systèmes Éducatifs de la CONFEMENPIB : Produit Intérieur Brut
PIT : Plan Informatique pour Tous
RP : Robotique Pédagogique
SI : Sciences de l'Ingénieur
SIF : Société Informatique de France
SILO : Science Informatique au Lycée : Oui !
SGEN : Syndicat Général de l'Éducation Nationale SPECIF : Société des Personnels Enseignants et Chercheurs en Informatique de France STEF: Sciences Technologies Éducation Formation STIC : Sciences et Technologies de l'Information et de CommunicationSVT : Sciences du Vivant et de la Terre
TI : Technologies de l'Information ou Texas InstrumentsUB : Université du Burundi
ULC : Université Laval du Canada
ULB : Université Lumière de Bujumbura
ZPD : Zone Proximale de Développement
7Sommaire
Sigles et abréviations.................................................................................................................6
INTRODUCTION GÉNÉRALE.............................................................................................10
1. Le numérique comme élément de culture et de formation des scientifiques..................12
2. Quelle informatique et comment l'enseigner aux débutants de niveau lycée ou
supérieur ?...........................................................................................................................14
3. Contexte et questionnement............................................................................................16
PREMIÈRE PARTIE : L'INFORMATIQUE ET SON ENSEIGNEMENT CHEZ LESChapitre I CADRE CONCEPTUEL........................................................................................21
1. Les jeunes face au numérique : quelles appropriations pour quels usages ?..................21
2. Le choix d'une approche systémique..............................................................................30
3. Aperçu sur le concept d'activité......................................................................................33
4. Différentes théories de l'activité ?..................................................................................37
6. Notre cadre théorique : TA adaptée au contexte de projets............................................46
Chapitre II PROBLÉMATIQUE ET MÉTHODOLOGIE......................................................48
1. Enseignements de l'informatique au lycée : des questions insistantes...........................48
2. Enseignement de l'informatique en licence : contexte et éléments de problématique...52
3. Une discipline informatique sans enseignants spécialisés ?...........................................62
4. Méthodologies et données recueillies : le choix d'une approche qualitative..................66
5. Rappel des questions de recherche et hypothèses...........................................................80
Chapitre III REGARDS SUR L'INFORMATIQUE ET SON ENSEIGNEMENT ENFRANCE : Une histoire ancienne faite d'une série de faux départs.......................................82
1. Niveau supérieur : débuts et reconnaissance de la discipline informatique....................82
2. Regards sur l'informatique dans l'enseignement de second degré.................................83
3. Au coeur du débat : algorithmique et programmation...................................................106
4. Enseignement de l'informatique en marge du système scolaire...................................110
5. Situation internationale : analyse comparative.............................................................119
6. Conclusion....................................................................................................................123
Chapitre IV RECHERCHES EN DIDACTIQUE DE L'INFORMATIQUE : REVUE DE1. Recherches et classification thématique.......................................................................125
2. Concepts informatiques incontournables pour débutants.............................................145
3. Zoom sur les concepts de variable et de boucle informatiques.....................................148
4. Représentation mentale des systèmes informatiques....................................................160
5. Conclusion du chapitre..................................................................................................164
DEUXIÈME PARTIE : PRÉSENTATION ET DISCUSSION DES RÉSULTATS............166 Chapitre V TEXTES OFFICIELS ET MANUELS CONCERNANT L'INFORMATIQUE1. Les textes officiels........................................................................................................167
82. Manuels scolaires de lycée............................................................................................184
3. Conclusion sur les textes officiels et les manuels de lycée...........................................195
Chapitre VI ENSEIGNEMENT DE L'ALGORITHMIQUE AU LYCÉE...........................1961. Les enseignants.............................................................................................................196
2. Le point de vue des élèves............................................................................................209
3. Conclusion du chapitre..................................................................................................220
Chapitre VII ENSEIGNEMENT ET APPRENTISSAGE DE L'OPTION ISN...................2231. Rappel des questions et hypothèses de recherche.........................................................223
2. Apprentissages des élèves en ISN.................................................................................224
3. Représentations et pratiques des enseignants d'ISN.....................................................240
4. Discussion et conclusion...............................................................................................248
Chapitre VIII NIVEAU LICENCE : Apprendre l'informatique par la programmation des1. Contexte........................................................................................................................255
2. Cas des robots LEGO MINDSTORMS NXT en licence 2...........................................255
3. Cas des robots NAO en licence 3..................................................................................263
4. Conclusion du chapitre..................................................................................................285
Chapitre IX DISCUSSION GÉNÉRALE, CONCLUSION ET PERSPECTIVES...............2871. Limites de la thèse.........................................................................................................287
2. Discussion générale.......................................................................................................290
3. Conclusion....................................................................................................................312
4. Perspectives : Enseignement de l'informatique au Burundi. Quelles leçons tirer des
choix français ?.................................................................................................................317
Index des auteurs cités...........................................................................................................357
Index des tableaux.................................................................................................................360
Index des illustrations............................................................................................................361
9INTRODUCTION GÉNÉRALE
" Ne nous trompons pas de combat : le premier que nous autres informaticiens avons à mener est celui de l'enseignement à tous d'un savoir et d'un savoir-faire informatique suffisants » (Maurice Nivat, 2009, p. 37)Le présent travail s'intéresse à l'enseignement et apprentissage de l'informatique pour débu-
tants en France au début du XXIᵉ siècle. Le sujet auquel nous avons consacré ces quatre an-
nées de thèse s'est constitué progressivement. Sa genèse se situe en 2010 lors de la rencontre
avec Monsieur Éric Bruillard et Madame Françoise Tort en master 2 au laboratoire STEF de l'ENS de Cachan.Alors que l'enseignement de l'informatique en mathématiques au lycée en France venait
d'être institué depuis 2009, la volonté de découvrir les liens entre l'enseignement des mathé-
matiques et de l'informatique et ma posture de spécialiste en enseignement des mathéma- tiques m'ont poussé à un choix d'un sujet de mémoire portant sur une exploration de cet enseignement de l'informatique dans le cours de mathématiques. Au cours de cette année de Master, les rencontres avec Monsieur Georges Louis Baron dansles séminaires de formation m'ont permis de découvrir son intérêt pour les technologies édu-
catives et les apprentissages instrumentés, ce qui a fortifié mon ambition d'approfondir le su-
jet antérieurement commencé dans le cadre d'une thèse de doctorat. L'institutionnalisationd'une discipline de spécialité " informatique et sciences du numérique » (ISN) au lycée en
2012 dans des lycées généraux, a changé la donne avec un nouveau un cadre contextuel. La
mise en place de cette spécialité a motivé davantage mon rêve étant donné que ces enseigne-
ments - informatique en mathématiques et informatique de spécialité - sont en général assu-
rés par des spécialistes des mathématiques. Baron a bien accepté d'encadrer cette recherche, en relation avec Mariam Haspekian. Pourcette dernière, j'avais déjà lu ses travaux de recherche sur l'instrumentation de l'enseignement
des mathématiques par le tableur, dans le cadre de cours de master.Au début, je pensais faire cette étude seulement au niveau du lycée, où les élèves sont totale-
ment débutants en informatique. Les difficultés d'accès au terrain ont poussé à un élargisse-
ment de cette étude à l'enseignement supérieur. Cet élargissement s'est, par la suite, avéré
10intéressant pour l'étude étant donné que les étudiants de licence, eux aussi, débutent en infor-
matique : ils n'ont pas connu une quelconque initiation disciplinaire à l'informatique dansleur scolarité obligatoire. L'existence de deux niveaux différents de l'enseignement de l'infor-
matique pour débutants, a donc permis de conduire la recherche dans une orientation didac- tique de l'informatique avec l'utilisation d'une approche comparative. L'informatique est à la fois une science autonome et un ensemble d'instruments. Actuelle-ment, grâce à elle, des progrès spectaculaires sont réalisés dans presque tous les domaines.
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