Cet article a été rédigé par Julien de Villèle, Vincent Lambour, Thomas Lenne, Guillaume Pelletier et Bruno Saint-Pee, enseignants en mathématiques et en informatique, membres du groupe IREM sur la programmation au lycée.

I. Introduction

La JEDI a été organisée pour la première fois dans l’académie d’Orléans-Tours en juin 2016, sous l’impulsion du corps d’inspection (Bruno Cailhol, IA-IPR de mathématiques) et du Laboratoire d’Informatique Fondamentale d’Orléans (Mathieu Liedloff, enseignant chercheur au LIFO). Elle a réuni durant une journée les professeurs qui enseignent la spécialité ISN en terminale S et des enseignants-chercheurs en informatique de deux établissements d’enseignement supérieur (Université d’Orléans – UFR Sciences et Techniques et IUT d’Orléans – et INSA Centre Val de Loire).
Cette journée a apporté aux professeurs du second degré investis dans l’enseignement de l’informatique au lycée, des connaissances soutenues dans ce domaine, en lien avec les programmes du supérieur (licence et DUT).
De par son succès, cette journée s’ouvre désormais à un plus large public composé d’enseignants de mathématiques qui souhaitent consolider leurs compétences en programmation. Ce sont ainsi plus de 100 collègues qui se retrouvent le temps de cette journée à l’Université. En juin 2019, ils ont participé à des ateliers s’appuyant sur les travaux de l’IREM d’Orléans-Tours portant sur l’informatique et sur la programmation au lycée. L’encadrement des ateliers a d’ailleurs été assuré par les membres du groupe IREM ainsi que par de nombreux enseignants-chercheurs du LIFO.

Dans ce contexte général, trois niveaux d’ateliers sont proposés :

• Le niveau débutant : pour découvrir la programmation avec le langage Python ;
• Le niveau intermédiaire : pour consolider ses connaissances en programmation avec le langage Python tout en découvrant des notions de la science informatique ;
• Le niveau expert : destiné aux enseignants d’ISN qui s’y trouvent confrontés à une activité pointue permettant d’approfondir leurs connaissances en informatique.

JEDI 2018 – Niveau expert – Ray Tracing : Les 3 composantes d’une scène 3D

JEDI 2018 – Niveau expert – Ray Tracing : Le principe du lancer de rayon (CC-BY-SA Henrik for CommonsWiki)

JEDI 2018 – Niveau expert – Ray Tracing : Une image générée lors de la séance de travaux pratiques

II. Atelier Expert 2019

Les ateliers experts des éditions précédentes portaient sur la mise en œuvre de protocoles réseau à travers le jeu de Hex (M. Liedloff et N.Ollinger), l’architecture des ordinateurs et l’assembleur (S. Robert, M. Liedloff, N. Ollinger) ou sur la programmation orientée objet vue à travers l’exemple du Ray-Tracing (M. Delacourt, N. Gillet et N. Ollinger). L’atelier expert de 2019 (B. Nguyen et M. Exbrayat) a quant à lui présenté les principales méthodes de l’analyse de données. Décliné en une partie théorique et une partie pratique, il a permis à tous les participants d’acquérir une vision d’ensemble de ce domaine de l’informatique.

Trois grands domaines de l’analyse de données nous ont d’abord été présentés :

• La classification dont l’objectif est la découverte de règles permettant – à partir d’informations les concernant – de ranger des objets ou individus dans des classes prédéfinies connues a priori. La classification est une approche supervisée mise en œuvre à travers différentes techniques telles que l’algorithme des k-plus proches voisins, la construction d’arbres de décision, les réseaux de neurones.
• Le partitionnement de données (ou clustering) qui vise à effectuer une classification d’objets ou d’individus alors même que l’on ne connaît pas de classes pertinentes. Parmi les nombreuses méthodes qui peuvent être mises en œuvre, deux nous ont été présentées plus en détail : la méthode par partitionnement (avec l’exemple de l’algorithme des k-moyennes) et la méthode par densité (avec l’exemple de l’algorithme DBSCAN).
• La recherche de règles d’association où l’on ne cherche plus à déterminer des classes d’appartenance d’objets mais à déterminer des règles liant des données avec des probabilités élevées. L’exemple qui a servi de support était celui du panier de la ménagère.

  

  JEDI 2019 – Niveau expert – Analyse de données : Principe de fonctionnement de la méthode des K-Moyennes (K=2)

  

  JEDI 2019 – Niveau expert – Analyse de données : Comparaison des partitionnements obtenus avec la méthode par densité.

Ces méthodes ont ensuite été appliquées à des jeux de données grâce au logiciel Weka. Cette activité a mis l’accent sur le fait qu’il est nécessaire d’interpréter et d’évaluer a posteriori les résultats obtenus. En pratique – pour un type de jeu de données – il faut appliquer différentes méthodes d’analyse avec différents paramètres puis choisir la méthode qui offre les meilleurs résultats pour ce type de jeu de données.
Les compétences acquises lors de cet atelier permettront aux enseignants d’évoquer rigoureusement aux élèves le rôle de l’algorithme des k-plus proches voisins (au programme de spécialité NSI en première) dans le vaste domaine de l’analyse de données . Elles permettront également de conduire avec les élèves des projets liés à l’intelligence artificielle et en particulier à l’apprentissage automatique, suggéré dans le programme de terminale.

Remarque : Vous trouverez plus de détails sur quelques techniques de classification et de clustering dans le document suivant :

Détails de la classification et de clustering

III. Ateliers Débutant et Intermédiaire

Le contenu de ces ateliers s’appuie sur les travaux menés par un groupe IREM dirigé par M. Liedloff accompagné d’autres enseignants chercheurs du LIFO d’Orléans (N. Ollinger, W. Bousdira, M. Delacourt). L’animation des ateliers fait quant à elle intervenir un grand nombre d’enseignants et enseignants-chercheurs en informatique de l’Université d’Orléans et de l’INSA Centre Val de Loire de Bourges.

Lors de la JEDI 2018, les activités choisies parmi les productions du groupe IREM insistaient sur la manipulation des listes. Pour le niveau débutant, il semblait en effet important de consolider les connaissances de certains collègues sur les listes Python, nécessaires pour mettre en œuvre des simulations aléatoires ou des études statistiques, résoudre des problèmes divers d’analyse ou encore modéliser différents phénomènes physiques, économiques ou biologiques. Outre une activité d’initiation à la programmation, les collègues participant aux ateliers purent ainsi découvrir plusieurs activités utilisant des listes.

Le niveau intermédiaire s’est consacré à la découverte du codage de Huffman permettant de travailler la structure d’arbre binaire ainsi que la récursivité. Le contenu de cet atelier a été réinvesti pour aboutir à deux productions à destination des élèves : un devoir maison issu de l’activité sur le codage de Huffman et un notebook jupyter sur la récursivité.

dm5.pdf

dm5.odt

notebook jupyter sur la récursivité

récursivité élève

Lors la JEDI de 2019 quatre nouvelles activités, liées à la programmation orientée objet (POO), ont été choisies parmi les productions du groupe IREM. Après une activité d’introduction les participants se sont investis sur le problème du Crêpier psychorigide et sur un algorithme d’évaluation d’une expression numérique. Ces activités ont également permis d’étudier les piles, la notation polonaise inverse et l’algorithme de shunting-yard.
Pour les collègues plus à l’aise une activité plus ambitieuse a également été sélectionnée. Prenant pour appui le jeu Othello, elle a permis de se confronter à de l’algorithmique sur une grille 2D et à la mise en place d’une Intelligence Artificielle par parcours d’arbres avec – entre autres – mémoïsation.

JEDI 2019 - Niveau intermédiaire : Programmation d’un jeu d’Othello, l’interface graphique étant fournie.

Beaucoup de ces activités ont été mises en œuvre à travers des notebooks Jupyter dont l’apport pédagogique dans certaines situations est reconnu. Cette démonstration de l’intérêt des notebooks a été suivie d’effets puisqu’à la rentrée 2019 un nombre certain de collègues de l’académie utilisent désormais des notebooks pour certaines activités de programmation en python.

III. Bilan et perspectives

La JEDI donne à l’enseignement de l’informatique une visibilité importante à l’échelle académique. Tout en fédérant et stimulant les enseignants, elle assure un moment de formation adapté à chacun, avec des thèmes renouvelés d’une année à l’autre, contribuant ainsi à asseoir une culture informatique partagée. Elle crée également au fil des ans un lien solide entre les enseignants chercheurs de l’université et les enseignants du secondaire. Cet échange s’inscrit dans un continuum de Bac – 3 à Bac +3.
Alors que l’enseignement de l’informatique prend désormais toute sa place dans l’enseignement secondaire tant en collège qu’en lycée, la JEDI évolue en s’ouvrant à un public enseignant toujours plus large (enseignants de sciences, enseignants de collège, de lycée professionnel) et en s’adaptant à l’hétérogénéité de compétences et de besoins des enseignants accueillis.
Ainsi de plus en plus de professeurs n’intervenant pas dans des enseignements informatiques tels que ISN ou NSI ont pourtant une très bonne maîtrise des fondamentaux de la programmation. Certains d’entre eux viennent chercher des idées d’activités exploitables avec leurs élèves alors que d’autres recherchent une ouverture sur des notions informatiques qu’ils n’ont pas l’occasion d’appliquer dans le cadre des programmes.
A contrario certains restent demandeurs d’ateliers leur permettant d’acquérir les bases de la programmation en Python.
Une réflexion riche et intense, tout comme l’année qui s’annonce, sera menée pour accueillir tous ces collègues lors de la JEDI 2020 et répondre au mieux à leurs besoins de formation, à leurs questionnements pédagogiques ou à leur envie de repousser leurs compétences en programmation.