# Ateliers

## ATELIER 1 – POURQUOI, POUR QUOI ET COMMENT AUGMENTER LA CULTURE SCIENTIFIQUE EN INFORMATIQUE ET SCIENCES DU NUMÉRIQUE (ISN) DE CHACUNE ET CHACUN

### MAGALI LOFFREDA,
professeur-documentaliste, CRDP de Paris
FRANÇOISE TORT,
enseignant-chercheur, ENS Cachan
THIERRY VIEVILLE,
chercheur, Inria

# Pour une culture en sciences informatique et du numérique

Les sciences informatiques et mathématiques ont un impact majeur sur l’évolution de notre société, devenue « numérique ». Il est donc essentiel d’expliquer à nos concitoyens et à nos décideurs les fondements scientifiques (savoirs et méthodes) et les changements technologiques qui en résultent. Pour devenir ensemble des citoyens éclairés sur ces sujets.

Dans la deuxième moitié du XXe siècle, à l’ère industrielle, tout le monde (même le futur plombier) a appris de la physique-chimie. C’est une science qui a pu leur paraître « tout à fait inutile » mais pourtant complètement indispensable pour leur permettre de comprendre, s’approprier, adapter ou créer les nouveaux objets que l’ère industrielle engendrait. Et la France est devenue une nation industrielle dont l’aéronautique, les transports, etc., sont en bonne place sur la scène internationale, car tous les métiers ont comme compétence marginale des notions de physique-chimie.

Au XXIe siècle, à l’ère numérique, ceux qui nous vendent des objets numériques matériels ou logiciels ont réussi à nous convaincre d’une chose « énorme » : inutile d’apprendre les sciences informatiques et mathématiques qui ont engendré les technologies du numérique : il suffit de savoir les consommer. En d’autres termes, en matière d’éducation, il n’y a rien à enseigner, il suffit d’encourager les utilisations.

Pourtant, un rapport de l’académie des sciences qui vient d’être mis en ligne a pour titre « L’enseignement de l’informatique en France : il est urgent de ne plus attendre ». Les auteurs nous disent que l’informatique est une science que l’on doit enseigner dès l’école primaire et jusqu’à l’université. Cette génération Y, née au moment où les nouvelles technologies sont devenues communes (1985-1990), Michel Serres en parle dans sa conférence sur la « révolution cognitive du numérique ». Pour ces enfants du numérique : « Internet, téléphone mobile, ordinateur font partie intégrante de notre vie ». De ce fait, nous n’avons « plus le même corps, cerveau, ni la même intelligence. [Cela] crée de nouvelles appartenances, de nouveaux liens sociaux, bouscule le rapport au savoir et le rapport à l’autorité ».

Eh bien, un tel enfant du numérique a besoin d’apprendre de l’informatique et des sciences du numérique : aujourd’hui, pour acquérir les savoirs et savoir-faire qui lui permettront de développer des usages performants et adaptables, mais aussi éclairés et critiques, des objets numériques et des applicatifs qu’il utilise chaque jour ; demain, pour développer un sens critique de citoyen éclairé, pour comprendre les fondements du monde numérique qui est le sien et lui permettre de participer pleinement au monde de demain.

Les pays comme les États-Unis (au niveau de lycées privés) ou l’Inde, où l’ISN est enseigné comme une science (computer science) sont ceux qui dominent aujourd’hui le monde du numérique avec Google, Facebook, Apple, etc. La Tunisie est le pays du Maghreb le plus avancé dans le numérique : l’ISN s’y apprend au lycée depuis 1992, et au collège depuis 2006. La Grande Bretagne crée un enseignement d’informatique obligatoire pour tous au lycée pour la rentrée 2013. La Suisse a les laboratoires européens les plus renommés, l’informatique s’apprend au « gymnase » (lycée).

La France n’a été la nation d’aucun grand développement numérique matériel. Va-t-elle aussi perdre la bataille des grands produits et plateformes logicielles ?

Non. La France a réintroduit un enseignement d’informatique et sciences du numérique en 2009 en seconde (en mathématiques) et en 2012 en terminale. Pour permettre avant tout à chacune et chacun d’acquérir une culture scientifique en sciences du numérique afin de maîtriser les technologies qui en découlent. Cela devrait aider à développer ces nouveaux métiers du numérique, qui représentent plus d’un million d’emplois et environ 25 % de notre croissance économique. Mais cela permettra surtout la formation citoyenne sur ces sujets et répondra au besoin d’une culture générale partagée.

Tout le monde doit apprendre un peu d’informatique, soit : mais quoi ?

Apprendre l’informatique pour faire un métier de chercheur ou d’ingénieur est un passionnant mais long parcours de formation. En revanche, apprendre un peu de culture scientifique en informatique pour « piger pourquoi on clique » est chose relativement aisée. Avec Jean-Pierre Archambault et les collègues enseignants et chercheurs qui œuvrent pour que nos enfants apprennent ces fondamentaux, nous pouvons résumer cela en trois points.

Comment coder l’information. On y apprend que l’information est une quantité abstraite et universelle qui se mesure en « bits », que deux informations indépendantes s’ajoutent, et que le codage binaire avec 0 oui 1 correspond à un « atome » d’information. On y voit comment sont codés les textes, les images et les sons, toutes nos données numériques. Cela permet de mieux comprendre comment créer, écouter, transformer sa musique ou ses vidéos, dans quelle mesure on peut compresser ses données, comment les protéger, etc.

Les ingrédients des algorithmes. On y apprend les ingrédients des algorithmes et à organiser une pensée de manière algorithmique. On y découvre qu’un calculateur calcule fabuleusement vite, mais est totalement dénué de pensée, donc qu’il faut évacuer la pensée du calcul pour que la machine s’exécute. En apprenant cette « pensée algorithmique », on apprend la maîtrise des logiciels pour ne pas juste consommer mais aussi développer ses propres outils en les adaptant à ses propres besoins.

Culture scientifique du numérique. Comment marchent les réseaux, les machines ou ces ordinateurs à roulettes qu’on appelle robots ? Quelle histoire humaine a conduit le XXe siècle à engendrer cette nouvelle ère ? Quels sont les aspects juridiques et sociétaux spécifiques du numérique ?

Est-il besoin de savoir programmer pour comprendre les fondements de l’informatique ou utiliser les logiciels ?

La réponse est « oui, un peu » ! Juste assez pour comprendre comment ça marche, pour manipuler expérimentalement les abstractions informatiques et, tout simplement, pour démystifier ce que informatique peut signifier.

# Des ressources, des exemples

Des ressources pour enseigner aux plus jeunes sont en construction, des ressources pour leur faire découvrir ces sujets sont déjà bien développées. En voici quelques-unes :

Pour les jeunes de tous âges un petit film, condensé de l’histoire des idées l’informatique fait découvrir en cinq épisodes de cinq minutes A l-Kwarizimi et Ada Lovelace avec les notions d’algorithme et de programme, Alan Turing et Grace Hopper, avec les notions de machine et de logiciel (et de compilateur avec Bug ), Claude Shannon et Rose Dieng avec les notions d’Information et d’objets numériques (et aussi de cryptographie). Des revues en lignes pour aider à dépasser des idées reçues sur ces sujets, et toutes sortes de ressources ici : inria.fr/mecsci/?l=contenus.

Il y a aussi, les petits exercices du concours Castor, avec lesquels ils peuvent jouer en ligne, en attendant de passer le concours avec leurs enseignants (organisé chaque année en novembre et suivi dans de très nombreux établissements).

Pour les plus grands, le « manuel scolaire ISN » écrit par Gilles Dowek et al. pour les terminales S est accessible en ligne pour qui voudrait approfondir ces sujets : c’est un manuel payant mais disponible gratuitement en ligne ce qui aide à la vendre.

On trouve aussi la plateforme d’apprentissage de la programmation de l’association France-IOI qui permet de débuter puis d’approfondir l’algorithmique et la programmation dans différents langages de programmation.

Pour les enseignants, science-info-lycee.fr, une plateforme de partage de ressources (grains) permet de se former et d’enseigner la science informatique au lycée.

Pour tous ceux et celles qui cherchent leur vocation, interstices.info est une revue de culture scientifique proposant des articles de vulgarisation sur la recherche en informatique.

# Une spécificité de l’informatique : on apprend en faisant

L’informatique, on l’« apprend en faisant ». En cela, c’est un enseignement de l’égalité des chances.

Des jeunes qui ont du mal à exprimer leur pensée à travers une rédaction ou à accéder à des abstractions mathématiques, sont parfois très bons en informatique. Pourtant, ce n’est pas simple et il y a de vraies abstractions à s’approprier101.

Alors pourquoi cette réussite ? Plusieurs raisons pédagogiques expliquent cet effet levier :

— L’informatique conduit à un apprentissage de la rigueur par un mécanisme spécifique : celui des essais-erreurs avec une machine « neutre ». Elle ne donnera un résultat satisfaisant que si tout est correct, et cela donnera indéfiniment une chance de corriger, de reprendre, de retester. Ainsi, la machine permet d’apprendre de manière incrémentale, sans jamais porter de jugement de valeur. L’ordinateur ne me juge pas.

— L’informatique se prête à une pédagogie participative, avec un enseignement par mini-projets qui peut être moins magistral, plus orienté vers le travail en groupe. Apprendre à programmer un petit logiciel, c’est donner à l’élève des clés mais aussi la liberté de s’approprier celles-ci et de les mettre en pratique de manière diverse (il y a plusieurs possibles dans la manière de mettre en œuvre la solution). C’est une sorte de pâte à modeler les abstractions.

— L’informatique favorise l’apprentissage par l’utilisation, ce qui correspond bien à l’esprit humain (ex. : découvrir un algorithme avant d’en abstraire la notion sous-jacente) et peut ouvrir des portes à quelqu’un rebuté par une approche plus académique. L’informatique est un objet que l’on s’est préapproprié, depuis la génération Y. On peut, à travers un exemple de logiciel, naviguer entre un exemple illustratif et un concept plus général. En fait, la pensée informatique se relie facilement à notre façon de penser au quotidien.

Une dernière raison plus sociétale rend le numérique attractif. Disons le « cash » : Si un élève n’est « pas assez bon pour le lycée général, il va dans un lycée technique/professionnel », bref pour un métier « manuel » où « on se salit les mains ». Mais l’informatique et le numérique échappent à cette fracture scolaire, car c’est à la fois une discipline technique mais aussi très sophistiquée intellectuellement, c’est un métier qui est vu comme manuel, mais où l’on ne se salit pas les mains ; c’est donc une filière où il y a moins ce phénomène de castes, ou chacune et chacun trouve un métier à son goût, à tous les niveaux scolaires.

# Et la culture informationnelle dans tout ça ?

Un rapprochement entre culture informatique et culture informationnelle reste à penser et construire. La première n’est pas seulement une « connaissance technique » préalable à la seconde, elle en est le levier.

Un exemple de notion d’informatique inutile mais « indispensable » à sa culture informationnelle ? Quand on me demande mon mot de passe Facebook, sur une page Web, pour être sûr qu’il ne s’agit pas d’une « fausse » page destinée à me pirater, il faut et il suffit que je regarde l’adresse internet (l’URL). Si elle commence par « https://www.facebook.com » uniquement, c’est une adresse fiable, sinon c’est une adresse pirate. Si je comprends le langage qui définit les adresses internet alors ce geste m’est naturel, sinon je ne vais même pas me poser la question et rester « effaré » devant le vol de mes identifiants. Mais si j’apprends la règle ci-dessus comme une recette toute faite alors je risque de tomber dans le prochain piège qui utilisera une parade qui n’est pas sur la liste que j’ai apprise par cœur. Si en revanche j’ai appris un peu de science informatique alors je serai capable de trouver par moi-même la parade au problème suivant.

Avec la culture informationnelle issue de l’ISN, on apprend que l’information est une quantité qui se mesure, qu’un bit est un « atome » d’information, on distingue finement ce que veut dire information : l’information sans ordre, sans régularité, chaotique (au sens usuel) donc complexe car aléatoire, et l’information organisée, fortement structurée, donc complexe car riche en information organisée. La notion de « sens » et de « valeur » de l’information restent fort relatifs. Cela dépend de choses sans rapport avec le contenu brut en information. On voit alors que si nous voulons formaliser le contenu intrinsèque en information, il faut chercher à définir un contenu brut en information qui ne dépende ni du sens ni de la valeur qui lui est attribuée.

Un autre changement de point de vue est lié à notre explication de la nature. « Ce n’est plus une équation qui explique le monde, c’est sa simulation » pour caricaturer le point de vue que Gilles Dowek détaille sur ce sujet.

De même les interrogations sociétales sur les impacts du numériques sont un sujet à part entière.

Qui est concerné par cet enseignement ? Les professeurs documentalistes, par exemple. Dans un tel contexte, le rôle de l’ingénieur documentaliste dans nos instituts de recherche ou du professeur documentaliste dans les établissements scolaires est renforcé et renouvelé. Oui, osons reconnaître que cela implique sûrement, comme pour les enseignants en sciences dont la première vague s’est remarquablement bien formée à l’ISN, de coconstruire un parcours de formation à l’ISN. Ensuite, très humblement, on peut avancer plusieurs pistes non exhaustives à ce sujet :

Avec Internet, les permanences des centres de documentation pourraient se mettre en réseau sur le Web pour fournir un service délocalisé d’écoute et réponse aux besoins en recherche documentaire ou de contact avec le monde de la recherche : on parle d’identifier des ressources plurimédias ou humaines pour aider les apprenants à non seulement discerner les informations pertinentes, mais aussi à comprendre comment communiquer sur le Web 2.0 (Web associatif et participatif) et à utiliser le Web 3.0 (Web des services et de la formalisation sémantique). On voit apparaître là un rôle de formation à la vie numérique au fil des besoins qui émergent. Vers qui, au niveau du monde scolaire par exemple, un jeune peut-il se tourner s’il a un souci avec ses données personnelles sur son réseau social usuel (par exemple pour lui expliquer les limites techniques des solutions et lui apprendre à développer des paradigmes de résilience face aux ennuis rencontrés) ? Qui va lui expliquer les bienfaits et limites de la sérendipité lors de la navigation sur le Web ? On mesure facilement combien les compétences initiales des documentalistes sont utiles ici.

Un deuxième aspect est lié au fait que les contenus du XXIe siècle sont moins des contenus créés « d’une page blanche » que des conglomérats de grains existants enrichis de la création de grains supplémentaires et du parcours qui relie ces grains. Il y a là une similitude avec le travail de recherche où la partie bibliographique et d’analyse de l’état de l’art est en soi un travail de création de connaissance avant d’y ajouter une brique pertinente. On parle de « document 3.0 » pour ce nouveau paradigme (c’est un concept bien défini). Dans ce travail collectif les documentalistes se trouvent aussi en position appropriée comme animateur de communauté dédiée à ces nouvelles formes d’apprentissage, par la découverte, la collecte, le référencement et l’augmentation de grains de contenu existants.

Et puis il est un rôle du documentaliste qu’il faut réaffirmer, celui de la préservation du patrimoine intellectuel de l’humanité et donc des livres. La science informatique s’est incarnée dans les machines et dans les logiciels, mais son patrimoine intellectuel, lui, s’est incarné avant tout dans les ouvrages. Et ce rôle-là aussi n’est pas à négliger.

## RÉFÉRENCES

– Académie des sciences, L’Enseignement de l’informatique en France : il est urgent de ne plus attendre, rapport de l’Académie des sciences, mai 2013. En ligne : academie-sciences.fr/activite/rapport/rads_0513.pdf

– Berry Gérard, Pourquoi et comment le monde est devenu numérique, Paris, Fayard/Collège de France, 2008

– Dowek Gilles, La thèse de Church et la déraisonnable efficacité des mathématiques dans les sciences de la nature, 2008, www-sop.inria.fr/colloquium/intervenant.php?nom=Dowek&prenom=Gilles

– epi.asso.fr/revue/articles/a1301e.htm

– Hartmann Werner, Enseigner l’informatique, Paris, Springer, 2011

– invest-in-france.org/Medias/Publications/1673/economie-numerique-en-france-mai-2012.pdf

– obsession.nouvelobs.com/high-tech/20130228.OBS0318/le-plan-numerique-du-gouvernement-pour-soutenir-l-emploi.html

– Programme de la spécialité ISN de terminale S, science-info-lycee.fr

– Serres Michel, Petite Poucette, Paris, Le Pommier, 2012

NOTES

101. L’informatique est un levier pour les sciences car elle permet de mieux comprendre des notions universelles (par exemple la notion d’information) ou fondamentales (par exemple le calcul « mécaniste » par opposition à d’autres formes de raisonnement). L’informatique fait aussi entrevoir aux jeunes l’immense intérêt des sciences théoriques qui permettent de « toucher » (opérer avec, énumérer, visualiser, etc.) des objets abstraits (si l’informatique est une forme de mathématiques, alors il s’agit de mathématiques « incarnées »). Enfin l’informatique offre la découverte de notions nouvelles (ex. : suites aléatoires, fonctions récursives).