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en mathématiques mais différent des mathématiques et de l'informatique Les très but rarely with the Algobox language Among au monde de demain dans lequel ceux qui ignoreront tout de l'informatique seront infirmes faire pareil en France « de toute urgence », au lieu de continuer à « dissoudre l'informatique »

d'assurer et de consolider les bases de mathématiques nécessaires aux poursuites d'étude du lycée ; • d'aider immédiate et pas nécessairement issue directement du champ mathématique demain, emporte un sandwich » : il est tout à fait possible d'en emporter plusieurs ; Simulation de l'expérience sur Algobox

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ponibles sur le site académique de mathématiques : maths spip ac-rouen fr, Bouton 4 : arrêt d'urgence 4 Mais pourquoi ne pas tracer un graphique point par point, comme sous Algobox ? a,b et c d'un trinôme du second degré, et

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B 1 Test de Mathématiques pour l'Informatique I (décembre 2013) 207 B 2 Examen de Le second algorithme correspond à l'évaluation de cette fonc- tion en 21 Différents langages de programmation sont ensuite présentés : Algobox, Scratch et Une fois de plus, pour l'algorithme 8, la preuve est presque immédiate

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détourner des mathématiques nombre de scientifiques français de demain 2 Après l'urgentissime, vient l'urgent : faire acquérir aux étudiants les compétences Pour le second semestre, ce sont les vecteurs et les équations différentielles vectorielles qui de la loi binomiale sur Algobox et sur calculatrice (langage TI)

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12 déc 2018 · Elle a noté l'urgence de la formation à Python et à l'enseignement Degré, Second Degré (parcours maths et maths-sciences), Pratiques et logiciel Algobox permettra d'entrer ensuite dans une programmation culturel, en particulier celui intitulé « Éducation à la ville : hier, aujourd'hui et demain » et

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Université Paris Descartes

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 France

Une 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 2015

Devant 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, Membre

Baron 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

Title :

Teaching computer knowledge to beginners, in scientific secondary school and university in France: a comparative approach

Abstract:

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 the

analysis 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 algorithmic

using 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 students

in 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 with

different 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 increasing

complexity. 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 are

often 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 3

Dédicace

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.

Remerciements

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. 5

Sigles 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 des

Systèmes

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 degré

CAS : Computer At School

CDI : Centre de Documentation et d'Information

CE : Computer Engineering

CEPGL : Communauté économique des pays des Grands Lacs

C2i : 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 Scientifique

COMESA: 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 Écoles

CRI : 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 Coordination

DUT: Diplôme Universitaire de Technologie

EAC: East African Community

EAO : Enseignement Assisté par Ordinateur

EIAH: Environnement Informatique d'Apprentissage Humain

ENS: École Normale Supérieure

EPI : Enseignement Public et Informatique

6 ESPE : Écoles Supérieures de Professorat et de l'Éducation

IDH : Indice de Développement Humain

IMO: International Mathematic Olympiad

INRIA : Institut National de Recherches en Informatique et Automatisme

INSP : Institut National de Santé Publique

IOI: International Olympiad in Informatics

IPA: Institut de Pédagogie Appliquée

ISCA : Institut Supérieur des Cadres Militaires

ISN : 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 secondaire

MIT : 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 CONFEMEN

PIB : 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 Communication

SVT : Sciences du Vivant et de la Terre

TI : Technologies de l'Information ou Texas Instruments

UB : Université du Burundi

ULC : Université Laval du Canada

ULB : Université Lumière de Bujumbura

ZPD : Zone Proximale de Développement

Sommaire

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 LES

Chapitre 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 EN

FRANCE : 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 DE

1. 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'INFORMATIQUE

1. Les textes officiels........................................................................................................167

2. 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...........................196

1. 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...................223

1. 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 des

1. 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...............287

1. 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

INTRODUCTION 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 dans

les 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'institutionnalisation

d'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. Pour

cette 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

intéressant 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 dans

leur 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.

Pour Maurice Nivat, l'informatique est " une science pleine d'avenir ». Pourtant, plus d'un demi-siècle après sa reconnaissance (Baron & Bruillard, 1996), son enseignement comme

discipline dans la scolarité de l'enseignement général n'est pas encore généralisé dans tous

les pays, même ceux industrialisés, y compris la France. Beaucoup de pays manquent de spécialistes d'informatique. Et parfois là où ils en existent,

ils sont qualitativement insuffisants : ils ne possèdent pas de compétences nécessaires en in-

formatique pour faire face aux défis de recherches actuelles. Ceci entraîne plusieurs consé-

quences parmi lesquelles un enseignement précoce de l'informatique. L'absence de

l'enseignement de l'informatique très tôt chez des jeunes scolarisés implique le développe-

ment tardif des vocations scientifiques nécessaires voire indispensables pour des situations de recherches exigeant des connaissances scientifiques et des compétences technologiques de plus en plus avancées (Nivat, 2009). L'informatique, devenant une composante de la vie citoyenne, le contexte technologique a fi- nalement suscité une prise de conscience institutionnelle dans beaucoup de pays sur la néces-

sité d'offrir une culture informatique à tous ses citoyens, des plus jeunes aux plus âgés. Dans

le cas de la France, la volonté de développer cette culture informatique pour tous, s'est aussi

récemment accompagnée de la mise en place d'un enseignement de savoirs informatiques dans le cours de mathématiques en 2009 et même d'une spécialité informatique optionnelle dans des lycées généraux scientifiques en 2012 (Drot-Delange, 2012). Cette recherche s'intéresse à la situation de cet enseignement et interroge les apprentissagesquotesdbs_dbs20.pdfusesText_26

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