Analyse des traces d’activités des élèves pour le parcours MOTIF ART

Figure 6. Traces d’activités des élèves sur le parcours MOTIF ART

Nous analyserons les diagrammes de la figure 6 afin de déceler la détection de mo- tifs répétitifs et la mobilisation de la structure itérative par les élèves sur le parcours 3 Site de l’association France-IOI : http://www.france-ioi.org

cours.

Le diagramme 1 montre pour chaque question le nombre d’élèves qui ont au moins soumis une réponse (en bleu) et le nombre d’élèves qui ont réussi la question (en orange). Pour plus de la moitié du parcours, nous avons plus de 20 élèves qui sou- mettent un programme valide, ce qui fait un taux de réussite au-delà de 80% et permet d’affirmer que dans les conditions où il a été introduit, ce parcours est bien accessible à cette tranche d’âge.

Le diagramme 2 permet d’affiner ces résultats. Il présente la moyenne de temps passé sur chaque question en ne prenant en compte les élèves qui ont soumis au moins une réponse. Il est à mettre en parallèle avec le diagramme 3, qui montre le nombre moyen de soumissions pour chaque question.

L’analyse de ces diagrammes nous donne des éléments sur la difficulté du parcours pour les élèves.

Le temps passé sur la première question nous indique un temps de prise en main de l’interface de l’ordre de 10 minutes. Plusieurs programmes sont soumis, malgré la simplicité du puzzle. Pour les questions 2 et 3, le temps passé décroît fortement, de l’ordre 3 minutes pour la question 3. Le nombre de soumissions décroît aussi, ce qui montre que la notion de boucle simple est bien assimilée, et donc largement acces- sible dans ce contexte.

On observe une légère remontée de la durée pour la question 3 qui correspond au passage à la répétition avec plusieurs instructions dans le corps de la boucle. Par contre, le nombre moyen de soumissions continue à décroître. Ce motif de longueur 2 a été mobilisé lors de l’activité tangible “Tours de LEGO”, ce qui semble aller dans le sens de l’efficacité de cette activité et d’une bonne transposition de la compétence du support tangible vers le support numérique. Le passage à un motif de longueur 3 (question 5) ne pose aucun souci, le temps passé diminuant encore.

La durée plus importante pour les questions 6 et 7, ainsi que le nombre d’élèves qui restent bloqués aux questions 6 (3 élèves) et 7 (2 élèves supplémentaires) nous in- dique un palier de difficulté à cet endroit du parcours. En effet, le motif de longueur 3 change de forme, avec deux fois la présence d’une même couleur dans le motif, ce qui le rend moins lisible et en complique la détection.

Un deuxième palier de difficulté est très visible aux questions 11 et 12. Il corres- pond au passage aux boucles imbriquées. 14 élèves sur les 24 arrivent jusqu’à la ques- tion 11 et 6 y restent bloqués. Le nombre moyen de soumissions remontent pour les questions 11 et 12. À cet âge et dans ce contexte particulier, on peut toutefois noter que les boucles imbriquées sont accessibles pour un tiers de la classe (8 élèves) qui ont réussi la question 11.

Figure 7. Traces d’activités des élèves sur le parcours ROBOT

En considérant la figure 7, nous reprendrons pour le parcours ROBOT le même type d’analyse que pour le parcours MOTIF ART. Nous comparerons aussi les résul- tats obtenus sur les deux parcours.

On ne remarque pas de temps significatif pour la prise en main du parcours, signe que le changement de contexte et de langage (blockly vs. scratch) sur la même plate- forme s’est fait de manière fluide.

Les élèves obtiennent de moins bons résultats pour ce parcours, alors que la pro- gression reprend la séquence d’instructions, et que la boucle avec des motifs de lon- gueur strictement supérieure à 2 est abordée beaucoup plus tard.

Pour les questions sur la séquence d’instructions, le temps passé augmente avec le nombre de blocs nécessaires pour concevoir le programme. Cela n’est cependant pas interprété comme un signe de difficulté car parallèlement, le nombre de soumissions diminuent. On peut se poser la question de la pertinence de la question 4, qui bloque 3 élèves alors que l’objectif est de permettre aux plus grand nombre d’accéder aux questions sur la détection de motifs et la répétition.

On remarque un pic et sur le temps passé et sur le nombre de soumissions pour la question 7, signe d’une difficulté à cet endroit du parcours. En effet, il faut à la fois utiliser le bloc “répéter” avec une instruction dedans, mais aussi des blocs à l’exté- rieur de cette boucle, pour gérer le premier déplacement et le changement d’orienta- tion du robot.

Le passage aux répétitions avec des motifs de longueur strictement supérieure à 2 est beaucoup plus discriminant que pour le parcours MOTIF ART. Seuls 4 élèves réussissent une question de ce type sur le parcours ROBOT, contre 22 élèves pour le parcours MOTIF ART.

Deux facteurs peuvent apporter des éléments d’explication. D’une part, la gestion de l’orientation du robot constitue une difficulté inhérente à ce contexte.

Mais surtout, la détection du motif nécessite un plus grand degré d’abstraction dans ce contexte que dans le contexte MOTIF ART. Dans le contexte MOTIF ART, le mo- tif (de couleurs) et le code utilisé (blocs de couleur) sont très proches.

En revanche, dans le contexte ROBOT, le motif correspond aux déplacements du robot (blocs de déplacements), il est séquentiel et ne peut s’appréhender globalement qu’à travers la visualisation des cases que le robot doit parcourir. La difficulté supplé- mentaire est de replacer le robot dans la même orientation pour aborder chaque motif.

Il est courant de mobiliser ce contexte de programmation de déplacements d’un ro- bot sur une grille (tangible ou numérique) pour l’initiation à la programmation. Il per- met en particulier de viser des compétences en structuration de l’espace. Il semble en revanche qu’il soit moins efficace que le contexte MOTIF ART pour introduire la dé- tection de motifs répétitifs et leur expression sous forme synthétique.

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Conclusion et perspectives

Cet article porte sur l’initiation à la pensée informatique chez de jeunes élèves de 6-7 ans en cours d’apprentissage de la lecture. Il s’agit d’une expérimentation explo- ratoire menée en milieu scolaire. La séquence pédagogique initie ces élèves à la dé- tection de motifs et à leur expression sous forme de répétition, dans un contexte de programmation de frises de couleurs, et dans un contexte de déplacement de robot sur une grille.

L’étude montre que la détection de motifs et son expression sous forme de répéti- tion est accessible pour cet âge dans un contexte où le code utilisé et les éléments du motif sont similaires visuellement. Lorsque le contexte implique en plus des compé- tences d’orientation spatiale, la détection de motif devient difficile pour la plupart des élèves de cet âge. Lors de l’initiation à la pensée informatique, Il nous semble donc pertinent de dissocier la détection de motifs répétitifs et l’introduction de la structure de contrôle de répétition de la gestion des déplacements d’un personnage.

Cette étude fait aussi émerger un certain nombre d’autres problématiques. En effet, les élèves ont passé des pré-test et post-test, mais ces outils demandent à être affinés pour être exploitables. En particulier, la modalité papier de ces tests est à questionner.

Les 22 élèves présents lors de la séance 3 ont utilisé le mode créatif du parcours MOTIF ART et l’ont beaucoup apprécié. Une analyse plus fine des dessins produits reste à faire, pour appréhender dans quelle mesure les élèves utilisent des motifs répé- titifs lors d’une activité de création.

Suite à cette expérimentation, une étude plus large est en cours. Le même parcours sera proposé à des élèves de Grande Section (4-5 ans). À cette fin, les blocs Scratch du parcours MOTIF ART ont été modifiés pour être accessibles aux non-lecteurs. La couleur de chaque bloc correspond désormais à la couleur codée.

Il s’agira dans cette nouvelle étude de confirmer ces résultats, mais aussi de faire une analyse plus fine des programmes soumis et des erreurs faites par les élèves.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier l’enseignante qui nous a accueilli dans sa classe pour cette expérimentation, et l’association France-IOI pour les possibilités d’usages et d’adaptation de ses plateformes.

Nous remercions aussi l’INSPÉ Lille Nord-de-France et plus particulièrement Mme Dorothée HALLIER-VANUXEM, qui nous a informé de l’appel à projet initié par l’INSPÉ pour lequel notre projet de recherche a été retenu, ce qui nous permettra d’étudier les perspectives présentées dans cet article.

Références

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La programmation par passage des messages dès l’école

maternelle ? Le cas de ScratchJr.

Sevastiani Touloupaki1 & Georges-Louis Baron1

1_{Laboratoire EDA, Université Paris Descartes, 45 rue saints-pères, 75006 Paris, France}

sevina.touloupaki@gmail.com georges-

louis.baron@parisdescartes.fr

Abstract. Le travail qui suit s’inscrit dans le cadre d’une thèse élaborée en cotutelle entre l’Université Paris Descartes en France et l’Université de Patras en Grèce, portant sur l’apprentissage de l’informatique par de très jeunes enfants. L’objet de cette étude a été l’analyse de la manière dont les élèves de l’école maternelle peuvent mettre en œuvre des concepts de programmation à l’aide du logiciel ScratchJr. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude exploratoire dans une école maternelle grecque auprès de douze élèves de grande section. Pour les besoins de cet article nous avons choisi de nous concentrer sur l’analyse du concept de la communication par passage de messages. Les résultats présentés proviennent de l’analyse des programmes développés par les élèves pendant la séance d’évaluation. Ils soutiennent l’idée qu’il est possible, par la mise en œuvre d’un scénario pédagogique spécifique, d’utiliser dès un très jeune âge la commu- nication par passage de messages, pour synchroniser les actions de personnages différents.

Keywords: Didactique de programmation, Apprentissage, ScratchJr, Message, École maternelle, Programmation visuelle.

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Introduction

Depuis quelques années, il existe un mouvement international autour de l’éducation à l’informatique, et en particulier à la programmation, pour tous, depuis même la petite enfance. Plusieurs pays d΄Europe ont ainsi introduit des enseignements d’informatique et de programmation en primaire ou en secondaire. À partir d’octobre 2016, les nou- veaux programmes scolaires en France ont comporté une introduction de la robotique et de la programmation dès l’école élémentaire. Ce choix provient d’une volonté de développer chez les élèves des compétences en programmation, afin de les préparer à devenir des acteurs du monde numérique qui les entoure.

Des recherches ont été menées depuis longtemps sur l’apprentissage de la program- mation par de très jeunes enfants, en particulier en Logo (Robert, 1985). Plus récem- ment, il a été confirmé que les jeunes enfants peuvent réaliser des programmes dès l’âge

de 4 ans (Bers, 2012). Fessakis, Gouli et Mavroudi (2013) ont montré qu’à l’aide d’un environnement de programmation de type Logo, des activités et du matériel approprié, les enfants de 5 à 6 ans peuvent être familiarisés avec des concepts de base de program- mation et développer deux stratégies différentes de résolution de problème. Un peu plus tard, Misirli et Komis (2016), décrivent dans un ouvrage les résultats de l’expérimen- tation d’un scénario pédagogique fondé sur l’usage des jouets programmables Bee-Bot, pour enseigner aux élèves des notions de programmation tels que la séquence, le pro- gramme, la commande etc. Cette recherche a été menée dans 34 classes de maternelle en Grèce, auprès des très jeunes élèves de 4 à 6 ans.

L’apparition de l’environnement ScratchJr a suscité un nouvel intérêt pour l’appren- tissage de rudiments de programmation dès la petite enfance. Ce système met en œuvre des éléments de différents paradigmes de programmation, tels que la programmation structurée, évènementielle et orienté-objet. Il s’agit d’un langage visuel et graphique, destiné aux enfants dès 5 à 7 ans, qui a été créé afin de permettre aux derniers d’ap- prendre à programmer pendant qu’ils créent leurs animations (Flannery, Kazakoff, Bonta, Silverman, Bers & Resnick, 2013).

Nous allons nous intéresser ici à une fonctionnalité peu étudiée au niveau de la petite enfance : la communication par passage de messages. Ce dernier nous rappelle le mo- dèle de « passage de message synchrone » ou « synchronous message passing » en an- glais, qu’on retrouve dans des systèmes concurrents (Ben-Ari, 1996). ScratchJr met en effet en œuvre des éléments de programmation concurrente, car il permet de lancer en même temps aussi bien les scripts de deux personnages, que les scripts d’un même personnage, à l’aide de l’événement « Quand drapeau vert appuyé ». La communica- tion entre entités est implémentée par deux commandes sur ScratchJr : la commande « envoyer un message », qui envoie un message de couleur spécifique à un personnage et la commande de « quand message reçu », avec laquelle le script du personnage, dont la commande du message a cette couleur, est déclenché.

S’agissant de l’appropriation de la notion de message au niveau de la scolarité obli- gatoire, nous pouvons mentionner ici des travaux menés à l’aide du logiciel Scratch.

Meerbaum-Salant, Armoni et Ben-Ari (2010), présentent une étude exploratoire, au- près de deux classes de 3e (dix-huit et vingt-huit élèves), dont l’objectif a été d’évaluer la capacité pour les élèves à apprendre des concepts d’informatique. Pour cela, les au- teurs ont formé les deux enseignants sur le processus de développement d’un pro- gramme, afin de leur permettre de mettre en place l’enseignement des concepts infor- matiques avec Scratch. Il est important de noter ici que les sujets de l’étude n’avaient aucune expérience préalable avec le logiciel Scratch. Les résultats de cette étude mon- trent que le taux de réussite au post-test était le deuxième meilleur après celui de boucle conditionnelle. En effet, 62% des participants sont arrivés à donner une définition cor- recte du concept des messages au post-test, tandis que le taux de réussite pour le con- cept d’initialisation était d’environ 20% et moins de 10% pour celui de variable.

Par la suite, dans une étude hors du contexte scolaire, pendant un camp des vacances d’une durée de deux semaines aux États-Unis, vingt-deux élèves de collège sans expé- rience préalable sur Scratch ont été évalués en fonction de leur performance aux con- cepts informatiques présentés. À la fin de cette expérience, les élèves ont pu développer

des compétences en programmation événementielle mettant en œuvre l’envoi et la ré- ception de messages.

Plus précisément, la majorité des participants a utilisé la communication par mes- sages, sauf un groupe qui a eu besoin d’aide et un autre qui a eu des problèmes avec le temps. Pourtant, les résultats montrent aussi qu’ils existent souvent des projets incom- plets, où l’une de deux commandes de messages manque, soit parce que les participants ont oublié d’effacer les commandes non nécessaires de l’esce de programmation, soit parce qu’ils n’ont pas terminé leurs projets (Franklin, Konrad, Boe, Nilsen, Hill, Lern, Dreschler, …Suarez, Waite, 2013).

Dans un article plus récent, Fatourou, Zygouris, Loukopoulos et Stamoulis (2018), analysent l’apprentissage des concepts de programmation concurrente par des élèves de CM2, sans expérience préalable en programmation et de 6e, ayant un peu d’expé- rience en programmation. Cent vingt-trois élèves au total, de sept classes d’école pri- maire en Grèce ont participé à l’étude. Les résultats de cette étude montrent que le passage des messages a posé la plupart de problèmes aux élèves, car seulement un élève sur cinq a réussi de l’utiliser correctement sur son projet final. En effet, comme on pourrait le supposer, les élèves qui arrivent mieux à implémenter des messages sur leurs projets sont ceux de 6e.