Informatique : Dispositifs innovants pour l’enseignement de l’informatique : conception, implémentation, analyse
Institutions participantes : HEP Vaud, CERF-UNIFR
Trois approches seront interrogées :
- Est-il possible d’apprendre à apprendre en apprenant à programmer ? Est-ce que l’explicitation d’un modèle mental représentant l’architecture d’un ordinateur peut aider à la conception d’algorithmes ? Est-il possible de faire prendre conscience aux élèves de leurs stratégies cognitives pour apprendre et pour résoudre des problèmes ? Est-ce que cette prise de conscience peut avoir un effet bénéfique sur leurs performances ?
Cette recherche porte sur l’enseignement de la pensée informatique et de l’algorithmie à l’aide d’un dispositif didactique débranché (projet de thèse de Christian Blanvillain codirigée par le Prof. Bernard Baumberger (HEP Vaud), le Prof. Vassilis Komis (Département des Sciences de l’Education et de l’Éducation de la Petite Enfance – Université de Patras – Grèce), membre de la commission et Prof. Konstantinos Ravanis (Université de Patras)).
- En cours d’informatique, l’autonomisation des étudiants doit favoriser l’approche par projet ainsi que l’évaluation formative par les pairs (peer grading). Après avoir recensé et exploré les plateformes de codage existantes, leurs caractéristiques pertinentes seront regroupées pour réaliser la plateforme adéquate. Les outils et méthodes développés seront testés sur plusieurs classes gymnasiales (projet de thèse de Cédric Donner encadré par B. Baumberger).
- La recherche « Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation » porte sur l’enseignement de l’informatique et, de manière plus précise, sur l’institutionnalisation des connaissances acquises lors d’une phase de jeu avec « Programming Game ». Ce jeu est destiné à l’apprentissage de la programmation. Ainsi, dans le contexte du canton de Fribourg où l’enseignement de l’informatique deviendra obligatoire pour les étudiants de 1ère année en septembre 2019 et où la question des contenus, des moyens et des méthodes d’enseignement de l’informatique devient centrale, nous nous interrogeons sur les processus en jeu lors de la phase d’institutionnalisation du savoir après une séance de jeu avec « Programming Game ». D’un point de vue méthodologique, ce travail s’inscrit dans une approche de type recherche orientée par la conception (RoC). Il s’agit de collaborer avec des enseignants d’informatique, des informaticiens, un graphiste et un game designer pour concevoir, expérimenter et analyser le jeu et des scénarios pédagogiques intégrant ce jeu (projet de thèse de Maud Plumettaz-Sieber encadrée, par Eric Sanchez)
Equipe de recherche :
- Bernard Baumberger (HEP Vaud)
- Eric Sanchez (CERF-UNIFR)
- Christian Blanvillain (HEP Vaud)
- Maud Plumettaz-Sieber (CERF-UNIFR)
Supports des présentations du projet lors de la Deuxième journée des didactiques disciplinaires du 23 mars 2018
- Maud Plumettaz-Sieber: Enseigner l’informatique avec Prog&Play : Institutionnalisation des savoirs
En savoir plus sur cette journée du 23 mars 2018…
Avancement du projet – décembre 2020
1. Apprendre à penser les algorithmes, Christian Blanvillain
Ce qui a été fait depuis le semestre de printemps 2020
– Le sous-projet a été rebaptisé (précédemment « Elaborer un modèle mental pour développer la pensée algorithmique »)
– Pour la rentrée 2020, 48 nouvelles mallettes ont été fabriquées. Elles ont permis d’équiper les classes de trois enseignants donnant un cours d’introduction à l’algorithmie et la programmation à l’Ecole Supérieure d’Informatique et de Gestion de Genève.
Résultats obtenus
Les séquences vidéo prises l’année dernière ont été analysées. L’équipe a identifié, dans le comportement des élèves en difficulté, un pattern comportemental identique chez les jeunes élèves et ceux plus âgés.
Approfondissements possibles
L’équipe souhaiterait pouvoir identifier les causes de ce comportement défavorable au développement d’une pensée algorithmique, de manière à faire en sorte qu’un plus grand nombre d’élèves puisse apprendre à penser les algorithmes.
Publication
Soumission d’un article à la revue Bulletin d’Informatique Approfondie et Applications.
2. Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation, Maud Plumettaz-Sieber
Cet axe correspond au travail de thèse de Maud Plumettaz-Sieber dans lequel s’intègre le projet PACT et sa méthodologie : co-conception, expérimentation et analyses du jeu et des scénarios d’apprentissage.
> Voir l’état d’avancement du projet PACT – Développement de la pensée computationnelle par le jeu.
Avancement du projet – mai 2020
1. Élaborer un modèle mental pour développer la pensée algorithmique, Christian Blanvillain
Ce qui a été fait depuis le semestre d’automne 2019
Le dispositif didactique débranché a été testé durant un semestre dans trois classes : 6 élèves de 10 à 11 ans, 11 élèves de 11 à 12 ans, 15 élèves apprentis informaticiens de 20 à 30 ans. Les jeunes élèves étudient dans l’École Active de Malagnou à Genève et font de l’informatique une heure par semaine uniquement. Les apprentis informaticiens sont en formation à l’École Supérieure d’Informatique de Gestion de Genève. 45h de films ont été réalisés dans ces classes. Nous devons maintenant explorer ces données pour rechercher les facteurs qui semblent favoriser (ou pas) le développement de l’intelligence algorithmique des élèves.
Résultats obtenus
Les résultats chez les plus jeunes élèves sont mitigés. Tous les élèves ont fait des progrès et ont développé un début d’intelligence algorithmique mais le développement de stratégies cognitives n’a pas été observé.
Par contre, chez les apprentis informaticiens, nous avons pu constater que le dispositif avait atteint son but et avait pu les aider à développer leurs stratégies cognitives et des transferts effectifs dans d’autres disciplines se sont produits. Ci-dessous, un résumé de leurs témoignages :
- Apprendre à réfléchir de manière différente. Avec hp! c’est plus ludique, plus visuel que de travailler sur écran. Ça développe une autre capacité. Dans notre tête ça se fait plus rapidement qu’avec du code. Notre cerveau il réfléchit et il assemble le truc.
- L’exercice de la multiplication par 40 m’a bien fait comprendre comment décomposer un problème en petits problèmes. C’est ce qui m’a le plus aidé durant les épreuves.
- Ce que j’ai le plus appris c’est à chaque fois que j’ai réussi à faire quelque chose, de faire le chemin inverse. De réfléchir comment je suis arrivé au résultat. Ça m’a permis de bien comprendre et de mieux structurer les choses : de savoir pourquoi on fait ça.
- J’ai compris comment ça marche un ordinateur en soit : c’est pas magique, il y a rien de magique, en fait c’est logique. J’ai compris ça au tout début. Tout ce qui était binaire j’avais pas compris en cours. J’ai trouvé l’algorithme de la multiplication extraordinaire.
- Prendre plus le temps de réfléchir avant de se mettre à écrire le code. Maintenant je prends le temps de lire plusieurs fois une épreuve avant de la commencer et de temporiser alors qu’avant c’était pas le cas, je me précipitais à coder et après je me rendais compte que j’avais perdu du temps. Maintenant je réfléchis à ce que je vais faire, ça crée une structure dans ma tête avant de commencer.
- Les stratégies cognitives m’ont bien aidé durant les épreuves. Je les ai essayées. J’ai fait des pauses durant l’examen. Je suis sorti pour aller aux toilettes même si j’avais pas besoin, juste pour penser à autre chose et c’est comme ça que j’ai trouvé des idées et des solutions aux problèmes qu’on avait.
Participation à des colloques
- Blanvillain, C. (Avr 2020) Human Processor! – Ludovia 3 – Jouer collectif pour se former et innover ? Yverdon, Suisse.
2. Études des moyens d’enseignement pertinents pour l’introduction de la branche informatique obligatoire dans les gymnases suisses, traduction et analyse didactique des manuels « Einfach Informatik », Cédric Donner
Projet arrêté.
3. Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation, Maud Plumettaz-Sieber
Le 3e axe correspond au travail de thèse de Maud Plumettaz-Sieber dans lequel s’intègre le projet PACT et sa méthodologie : co-conception, expérimentation et analyses du jeu et des scénarios d’apprentissage.
-> Voir l’état d’avancement du projet PACT – Développement de la pensée computationnelle par le jeu.
Avancement du projet – octobre 2019
Selon les 3 approches:
1. Élaborer un modèle mental pour développer la pensée algorithmique, Christian Blanvillain
Notre question de recherche continue de se préciser. Nous faisons l’hypothèse que le dispositif proposé et le cours associé permettent de travailler avec les élèves sur le développement de leur intelligence algorithmique. Nous définissons l’intelligence algorithmique comme étant la réunion des intelligences logico-mathématique, créative et analytique. Nous pensons en effet que ces trois intelligences sont nécessaires pour concevoir des solutions à des problèmes algorithmiques. En classe s’ajoute en plus l’intelligence collective, utile pour co-concevoir des solutions découvertes en groupe, au travers du partage d’idées et de l’entre-aide qui s’exerce spontanément entre pairs. Nous cherchons à comprendre quels sont les facteurs qui font que le développement de certaines de ces intelligences sera effectif chez des élèves mais pas chez d’autres. Nous nous orientons donc vers une recherche de type exploratoire.
Ce qui a été fait depuis le semestre de printemps 2019
Au total 12 mallettes ont été fabriquées au lieu des 10 initialement prévues pour le dispositif didactique débranché. Chaque mallette permet de travailler avec un groupe de 4 à 6 élèves. Un cahier d’exercice et un support de cours pour l’enseignant ont été conçus.
Fig. 1 – Dispositif didactique débranché Human Processor!
Nous avons constaté qu’apprendre la pensée informatique et l’algorithmie avec ce dispositif débranché qui est l’équivalent d’un ordinateur mais en bois, reçoit un accueil très favorable auprès de certains établissements (Rudolf Steiner de Crissier, École Active de Malagnou). Ce qui nous a conduit à concevoir et à fabriquer une version en carton très abordable. Nous pouvons maintenant offrir un ordinateur par élève et ouvrir ainsi la porte de l’enseignement de la pensée algorithmique aux pays n’ayant pas facilement accès à d’autres solutions plus onéreuses.
Ce que nous sommes en train de faire :
Depuis la rentrée scolaire 2019, des données sont prises sur le terrain avec un public de 10 à 12 ans à l’école Active de Malagnou et d’un public de 19 à 28 ans à l’École Supérieure d’Informatique de Gestion à Genève. Les cours sont donnés dans 4 classes différentes et filmées à l’aide de caméra 360 degrés permettant un visionnage avec un casque de réalité virtuelle.
Ce que nous aimerions faire d’ici la rentrée 2020 :
Nous souhaiterions finaliser le manuel pour la formation des enseignants, abordant les aspects pédagogiques et les intentions didactiques qui nous ont poussées à concevoir cet artefact didactique (la mallette et son support de cours), de manière à disposer de tout le matériel nécessaire pour former des enseignants à l’usage du dispositif que nous avons baptisé Human Processor! (voir figure 1).
2. Études des moyens d’enseignement pertinents pour l’introduction de la branche informatique obligatoire dans les gymnases suisses, traduction et analyse didactique des manuels « Einfach Informatik », Cédric Donner
Le projet est en pause depuis janvier 2019 jusqu’à décembre 2019 pour permettre la traduction du moyen d’enseignement.
Durant les derniers mois, Cédric Donner a profité du congé de thèse pour développer, en parallèle à la traduction de la série Einfach Informatik, une adaptation de la plateforme de livres interactif Runestone Academy utilisable en cours d’informatique au gymnase (actuellement en test dans la discipline obligatoire informatique au Collège du Sud introduit cette année par le canton de Fribourg). Cette plateforme permet une collecte de donnée très riche concernant la manière dont les élèves travaillent la matière et pourrait ainsi constituer la base des recherches menées à l’avenir dans cette thèse.
3. Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation, Maud Plumettaz-Sieber
Le 3e axe correspond au travail de thèse de Maud Plumettaz-Sieber dans lequel s’intègre le projet PACT et sa méthodologie : co-conception, expérimentation et analyses du jeu et des scénarios d’apprentissage.
-> Voir l’état d’avancement du projet PACT – Développement de la pensée computationnelle par le jeu.
Avancement du projet – mars 2019
Selon les 3 approches:
1. (Modification du titre) Élaborer un modèle mental pour développer la pensée algorithmique, Christian Blanvillain
Ce qui a été fait depuis le semestre d’automne 2018
- Conception du dispositif de prise de données.
- Définition de ce qui va être réalisé, de ce qui va être observé et de ce qui va être mesuré.
- Fabrication du matériel didactique (5 mallettes).
Avenir :
- Conception du cours pour enseigner la stratégie cognitive qui consiste à élaborer un modèle mental.
- Conception du cours théorique sur la représentation binaire des nombres.
- Fabrication de 5 autres mallettes pour pouvoir prendre des données dans deux classes à la fois.
2. Études des moyens d’enseignement pertinents pour l’introduction de la branche informatique obligatoire dans les gymnases suisses, traduction et analyse didactique des manuels « Einfach Informatik », Cédric Donner
Ce qui a été fait depuis le semestre d’automne 2018
- Progrès dans la définition du mode de collaboration avec le professeur Hromkovic de l’ETHZ
- Début de l’engagement à l’ETHZ pour la traduction de « Einfach Informatik »
- Prise de contact avec le Prof. Manu Kapur du département DGESS de l’ETHZ, spécialiste des Learning sciences et du productive failure
- Revue de littérature et lectures intensives autour de l’approche « productive failure » après un entretien avec les Prof. Hromkovic et Kapur de l’ETHZ
- Familiarisation avec les Learning Sciences (lecture intensive du international Handbook of Learning Sciences).
- Début de revue de littérature demandée par le prof. Kapur pour la didactique de l’informatique (computer science education). J’essaye de râtisser très large et de n’exclure pour le moment aucun domaine des learning sciences en regardant comment les différents aspects présentés dans le Handbook des learning sciences pourraient s’appliquer à la didactique de l’informatique
Changements de la composition de l’équipe
Prise de contact également avec le prof. Manu Kapur de l’ETHZ qui est le plus susceptible de devenir le directeur principal de la thèse.
Commentaires
La thèse est officiellement en pause depuis le 1erjanvier 2019 car je me consacre à la traduction du moyen d’enseignement Einfach Informatik ainsi que d’autres moyens d’enseignement qui pourront être utiles par la suite, une des idées actuelles de la thèse s’écarte du projet initial de développer une plateforme d’apprentissage de la programmation pour me concentrer sur l’analyse et l’amélioration de moyens d’enseignement existants en tenant compte des connaissances issues des learning sciences telles que les sciences cognitives, le multimedia learning, 4C/ID etc …
3. Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation, Maud Plumettaz-Sieber
Le 3e axe correspond au travail de thèse de Maud Plumettaz-Sieber dans lequel s’intègre le projet PACT et sa méthodologie : co-conception, expérimentation et analyses du jeu et des scénarios d’apprentissage.
-> Voir l’état d’avancement du projet PACT – Développement de la pensée computationnelle par le jeu.
Avancement du projet – novembre 2018
Selon les 3 approches:
1. De l’enseignement de l’algorithmie et de la pensée informatique au développement des stratégies cognitives de l’élève, Christian Blanvillain
Où en est le projet
Après de multiples lectures et projet, la thématique et question de recherche de la thèse a évolué vers « apprendre aux élèves à utiliser leurs aptitudes analytiques, créatives et pratiques (Sternberg, 2007), permet d’améliorer leur niveau scolaire (Sternberg, Grigorenko, Ferrari et Clinkenbeard, 1999) ». Nous souhaitons que les élèves mobilisent ces aptitudes dans un contexte d’enseignement de l’algorithmie et de la pensée informatique (Wing, 2006). Notre objectif principal est d’étudier l’impact que l’explicitation (Vermersch, 2017) de leurs stratégies cognitives (Vianin, 2009) et métacognitives (Doudin, Martin et Albanese, 2001) pourra avoir sur leurs apprentissages.
Que reste-t-il à faire
Terminer la rédaction détaillée de l’introduction théorique, concevoir les activités autour du dispositif de recherche pour la prise de données et la fabrication du matériel lié au dispositif de recherche. Faire la demande de prise de données sur le terrain et expérimenter.
Participations à des colloques et/ou des publications liées au projet
- Blanvillain, C. (Feb 2018) Human Resource Machine. Didapro 7 – DidaSTIC. De 0 à 1 ou l’heure de l’informatique à l’école. Lausanne, Suisse. 〈hal-01753302〉
Changements dans la composition de l’équipe
Thèse codirigée par le Prof. Bernard Baumberger (HEP Vaud), le Prof. Vassilis Komis (Département des Sciences de l’Education et de l’Éducation de la Petite Enfance – Université de Patras – Grèce), membre de la commission. Prof. Konstantinos Ravanis (Université de Patras).
2. Études des moyens d’enseignement pertinents pour l’introduction de la branche informatique obligatoire dans les gymnases suisses, traduction et analyse didactique des manuels « Einfach Informatik », Cédric Donner
Où en est le projet
L’étude des qualités et défauts didactiques d’un ou plusieurs moyens d’enseignement qui sont pertinents pour l’introduction de la branche informatique obligatoire dans les gymnases suisses (Manuel TigerJython / Einfach Informatik / … ) est extrêmement importante. Ayant déjà traduit de l’anglais au français le premier ouvrage cité (Concepts de programmation en Python avec l’environnement de développement TigerJython) la première partie du travail sera la traduction de l’allemand au français de l’ouvrage de la série « Einfach Informatik » développée à l’ETHZ par l’équipe du Prof. Juraj Hromkovič.
Que reste-t-il à faire
Préciser le projet de thèse qui consistera donc à évaluer la pertinence des approches adoptées dans ces moyens d’enseignement à la lumière de connaissances actuelles en didactique de l’informatique ou d’autres disciplines et à tester des améliorations possibles.
Participations à des colloques et/ou des publications liées au projet
- Donner, C. (2018a). TigerJython et suivi de classe : vers une classe inversée en cours d’informatique (p. 8). Présenté à RJC-EIAH 2018, Besançon. Consulté à l’adresse https://wikis.univ-lille1.fr/computational-teaching/_media/wiki/actions/2018/rjceiah/cedric-donner.pdf
- Donner, C. (2018b, février). TigerJython, un moyen d’enseignement des concepts de programmation au gymnase. Atelier présenté à Colloque Didapro 2018, HEPL, Lausanne. Consulté à l’adresse https://tinyurl.com/didapro-57
Y a-t-il eu des changements dans la composition de l’équipe?
Thèse codirigée par le Prof. Bernard Baumberger (HEP Vaud) et le Prof. Juraj Hromkovič du département d’informatique et de didactique de l’informatique de l’ETHZ (http://www.ite.ethz.ch/).
Commentaires
En raison de cette traduction, un congé d’une durée d’une année financé par l’ETHZ pour effectuer la traduction du moyen d’enseignement « Einfach Informatik » est envisagé. Il permettra de peaufiner le sujet de thèse en collaboration avec l’équipe de recherche du professeur Hromkovičd’ici mai-juin 2019.
3. Modélisation de la phase d’institutionnalisation après une session de jeu « Programming Game » pour apprendre les bases de la programmation
Le 3e axe correspond au travail de thèse de Maud Plumettaz-Sieber dans lequel s’intègre le projet PACT et sa méthodologie : co-conception, expérimentation et analyses du jeu et des scénarios d’apprentissage.
-> Voir l’état d’avancement du projet PACT – Développement de la pensée computationnelle par le jeu.