INTRODUCTION
SMALLTALK un jeu d'enfants…

La problématique de l'introduction de l'informatique dans l'enseignement a toujours suscité de nombreuses polémiques. La grande question étant de savoir s'il faut envisager l'informatique comme une discipline à part entière ou si elle n'est qu'un outil au service des autres disciplines (les mathématiques, le français, la géographie, le dessin, la musique, les langues étrangères, la bureautique…). Doit-on se contenter de faire des élèves des utilisateurs des logiciels qui envahissent le marché et la vie quotidienne ? Faut-il leur donner une véritable culture scientifique de l'informatique ?
À quels niveaux et comment fera-t-on, alors, pour l'introduire ?

Centrons ce débat au niveau de l'École Primaire, en nous référant aux textes officiels de 1995. La rubrique « Informatique » apparaît au chapitre « SCIENCES ET TECHNOLOGIE » :
• Quelques utilisations de l'informatique à l'école et dans l'environnement quotidien.
• Utilisation raisonnée d'un ordinateur et de quelques logiciels (traitement de texte, tableur et logiciels spécifiques à l'école primaire) dans le cadre de l'enseignement des champs disciplinaires ; approche des principales fonctions des micro-ordinateurs (mémorisation, traitement de l'information, communication).

Bien que succinctes, ces lignes ont le mérite de faire figurer explicitement le mot « informatique » dans les programmes officiels à égalité avec une rubrique telle que « histoire » ou « géométrie ». L'expression « Utilisation raisonnée d'un ordinateur » signifie que l'enfant doit être initié à ce qu'il peut comprendre de l'ordinateur. Pour le législateur l'informatique est aussi une aide à l'enseignement des champs disciplinaires.

a) L'aide à l'enseignement des disciplines

Les logiciels éducatifs peuvent aller d'un simple jeu de question-réponse, à un véritable guidage personnalisé des exercices, qui apporte une aide individuelle à l'élève dans une discipline scolaire. Quelques-uns autorisent l'enseignant à régler le niveau de difficulté. Des logiciels de bureautique permettent aux enfants d'écrire, d'illustrer, de mettre en page de « véritables journaux d'école ». Les CD-ROMS remplacent avantageusement les encyclopédies, puisqu'ils fournissent sons et images animées et permettent des recherches automatiques sur des thèmes ou des mots clefs. Le choix et la conception des logiciels sont alors primordiaux pour assurer la réussite de l'apprentissage visé. Peut-on espérer, dans ce cas, un apport original et spécifique de cet outil par rapport à d'autres supports (les livres, les films, les photos, les méthodes audio-visuelles…) ?



b) L'enfant programmeur

L'idée que « l'enfant programmeur » progresse considérablement dans le domaine du raisonnement, grâce à l'informatique est issue des travaux de Seymour Papert [Papert 80, Papert 81] . De nombreuses expériences avec le langage LOGO ont été menées au début des années 80 en France et à l'étranger. Elles ont été peu à peu abandonnées et sont parfois même controversées sous le prétexte qu'aucune évaluation sérieuse n'a pu en être faite et que certaines équipes de recherche ont détourné LOGO de ses objectifs premiers [Delannoy 92]. Nous avons participé de manière active à cette introduction de LOGO dans les classes et nous résumerons notre approche dans le chapitre « L'HÉRITAGE DE LOGO ». Au même moment apparaissait, un nouveau langage « SMALLTALK », bâti sur un nouveau paradigme celui des objets et qui semblait donner une dimension supplémentaire aux activités réalisées jusqu'alors en LOGO. La tortue ne serait plus qu'un objet parmi d'autres, on pourrait créer plusieurs tortues, mais aussi de multiples classes d'objets de nature très variées. Malheureusement quand SMALLTALK arriva en France, ce fut sous la forme d'un environnement de programmation destiné à des professionnels de l'informatique ou aux étudiants de l'enseignement supérieur. Mais la version de MICRO-SMALLTALK implémentée en Le-Lisp par Isabelle Borne [Borne 84], inspirée des travaux de Pierre Cointe [Cointe 81, 85] a permis au non spécialiste d'entrevoir les richesses infinies de ce nouveau langage. Dans cette thèse nous menons le plus loin possible, un travail resté jusqu'ici théorique et inexploré : amener de jeunes enfants aux premiers stades de la programmation par objets. En nous appuyant sur le programme officiel de mathématiques, de français et d'informatique du cycle III, nous construisons un environnement adapté à des élèves de CM et nous l'expérimentons.

* La problématique de la thèse

SMALLTALK est-il vraiment un jeu d'enfants ?
SMALLTALK peut-il devenir un jeu pour les enfants ?

Toute la problématique de cette thèse se résume dans ce titre un peu insolite SMALLTALK un jeu d'enfants… SMALLTALK, bien qu'étant un système pour des professionnels, était, à l'origine, destiné à tout type de programmeur « en herbe ». Il bénéficie actuellement d'un regain d'intérêt, en particulier dans l'enseignement supérieur et dans l'industrie. Le système est très ouvert et son environnement, d'une immense richesse peut s'adapter à des besoins spécifiques.
Essayons de vulgariser les concepts primaires de SMALLTALK pour modéliser un problème. Le langage propose ou permet de créer des ensembles d'objets appelés « classes ». Tous les objets d'une même classe connaissent les mêmes  « méthodes » (ou ordres) et peuvent les exécuter. L'art du programmeur va consister, d'une part à utiliser les classes et les méthodes existantes et d'autre part à créer d'autres objets, d'autres méthodes, d'autres classes en tirant partie du concept d'héritage. Les objets peuvent en effet « hériter » des méthodes des autres classes. Bien que fondamental, ce concept ne pourra pas être abordé dans le travail avec les enfants. Comment un langage apparemment si complexe et si puissant, peut-il être mis à la portée des enfants ? La solution proposée est de construire un environnement pour leur âge, donc de concevoir des classes d'objets familiers et motivants. Les actions seront des actions naturelles, adaptées à leur niveau de compréhension. C'est pourquoi, le travail de cette thèse s'appuie essentiellement sur trois classes :
- La classe Carreau dont les objets sont les éléments d'un carrelage ou les motifs d'un papier peint. Citons quelques méthodes : glisseVersLaDroite, tourne90, symétrieVerticale… Les ordres sont essentiellement géométriques. Pour les enfants de 5 à 7 ans les ordres sont symbolisés par des icones (une flèche vers la droite, une flèche courbée…), pour les enfants un peu plus âgés, le message sera écrit en langage « pseudonaturel » et présenté dans un menu déroulant.
- La classe des Objets divers (carrés, ronds, triangles ou petits objets amusants : train, citrouille, panda…).
- Les classes Verbes et Modèles dont les objets sont les verbes ou les modèles du Bescherelle. Les méthodes seront conjugueToiAuPrésent, conjugueToiAuFutur, imprimeToi… Les verbes seront classés, tout naturellement selon leur modèle de conjugaison.
Cet environnement est destiné à des enfants d'école primaire et nous avons choisi de l'expérimenter avec des enfants de cours moyen. Pour répondre à la question fondamentale de la thèse, il faut donc :
- créer de toute pièce un environnement de programmation par objets adapté aux jeunes enfants
- développer le logiciel adéquat
- mettre en place et évaluer une expérimentation avec des élèves de CM2 .

* Les questions fondamentales de la thèse

Le sujet aurait pu donner lieu, éventuellement, à une thèse d'informatique pure ou à une thèse de psychologie cognitive, mais nous avons choisi d'en faire une thèse de didactique dont la question fondamentale est :

Les concepts spécifiques aux langages à objets peuvent-ils servir de support à l’initiation à l’informatique chez les enfants de 8 à 11 ans ?

La didactique étant essentiellement disciplinaire, nous allons nous intéresser à deux domaines de savoir : la géométrie en mathématiques et les conjugaisons en français. Les situations de mathématiques et de conjugaisons proposées apparemment très éloignées l'une de l'autre, présentent par des exemples adaptés aux enfants les classes d'objets géométriques ou de verbes ainsi que leurs méthodes. Les questions de la thèse peuvent s'organiser ainsi :

1) En géométrie, le logiciel permet-il à l'enfant des situations de recherche et de découverte ?

2) L'originalité de l'approche de la conjugaison est-elle bénéfique ?

3) L'idée de classification est-elle renforcée ?

4) Quelles sont les notions que les enfants peuvent apprendre sur le fonctionnement de l'ordinateur et sur l'informatique en général ?

5) Des concepts spécifiques aux langages à objets peuvent-ils servir de support à l'initiation à l'informatique chez les enfants ?
a) l'approche du monde des objets
b) les actions sur les objets
c) l'approche de la programmation
6) Comment les enfants s'approprient-ils la syntaxe de Smalltalk ?

* La genèse, la conception et l'écriture du logiciel

Au milieu des années 1980, de nombreux chercheurs ont pensé que SMALLTALK pouvait prendre le relais de LOGO dans les classes… Mais les exemples concrets et les propositions furent rares, le cahier des charges d’un SMALLTALK adapté à de jeunes élèves restait désespérément vide…C'est pourquoi en 1986-1987, sous l'impulsion de Jean-François Perrot, j'ai tenté avec Isabelle Borne de démarrer un travail sur Mac+ avec quelques « Instituteurs Maîtres Formateurs » de l’École Normale d’Auteuil à Paris, sur un environnement de géométrie « ROSA, ROSA, ROSAM… » écrit en SMALLTALK 80. Mais, hélas, le manque d’équipement des classes n’a pas permis une véritable expérimentation ! En outre SMALLTALK 80 ne disposait ni de la couleur, ni des minuscules accentuées…
En 1993, je recommençais donc, entièrement le travail de programmation en OBJECT-WORKS SMALLTALK 4.1 et je développais un nouveau logiciel baptisé « SMALLTALK un jeu d'enfants… » dans le cadre du DEA de didactique des disciplines (option informatique) de Paris 7. Le travail de programmation a été assez long (deux mois en 93, six mois en 94, un mois en 95 et une semaine en 96).
Le cahier des charges pédagogiques reprenait en l'adaptant à la couleur et à la nouvelle interface la partie géométrique de « ROSA, ROSA, ROSAM… ». Mais on lui ajouta deux modules de création d'objets « Objets par morceaux » et « Objets divers » ainsi qu'un module « Conjugaisons ».
L'idée directrice du logiciel est de favoriser la mise en place des concepts spécifiques aux langages à objets en proposant des situations du programme officiel en mathématiques et en français. La syntaxe doit être la plus simple possible et très proche de la langue maternelle. Les enfants ne seront pas utilisateurs de programmes tous faits, mais deviendront créateurs d'objets, de classes et de méthodes…L'environnement informatique sera aménagé à la demande des élèves et des enseignants. Le cahier des charges évoluera au cours de l'expérimentation.
Le logiciel qui s'appuie sur des situations de géométrie et de conjugaison permet aussi la consolidation ou la mise en place de compétences disciplinaires. Les propriétés des symétries dans le plan, la composition des isométries sont des notions difficiles que le logiciel peut aider à structurer. De même, dans l'apprentissage des conjugaisons de la langue française, le logiciel peut apporter une aide considérable aux enfants. Attention, ce n'est pas un logiciel qui donne les conjugaisons toutes faites ou qui interroge sur celles-ci. Il en existe par ailleurs…L'enfant doit entrer lui-même les conjugaisons du modèle et les verbes qui se conjuguent suivant ce modèle. Il doit réfléchir au concept de classification. Là encore, il est l'artisan de son savoir…

* Une expérience sur deux années scolaires successives

J'ai souhaité ardemment mener l'expérimentation dans la classe de Gérard Bonnérat I.M.F à l'école annexe de l'I.U.F.M de Paris. Il avait fait partie des premiers expérimentateurs de LOGO lors de sa diffusion par le C.N.D.P en 1983 et m'avait accueilli d'innombrables fois dans sa classe en mathématiques. Son ouverture pédagogique dans toutes les matières enseignées, sa rigueur, son esprit de synthèse, sa passion pour l'enseignement faisait de lui et de ses élèves des coéquipiers idéaux.




a) la préexpérimentation (mai, juin 1995) CM2

Une première expérimentation a eu lieu en mai et juin 1995 dans la classe de Gérard Bonnérat grâce à l’aide fournie par La Division Enseignement et Recherche d’APPLE COMPUTER FRANCE qui a prêté à la classe pendant deux mois un Macintosh, un écran 14 pouces couleur et une imprimante couleur. Les élèves étaient donc autonomes puisque le matériel restait en permanence en fond de classe.
Neuf équipes de trois élèves ont été constituées, chacune passa trois fois environ sur l’ordinateur à raison de 30 à 45 mn. Des séquences collectives où des copies d’écran sont présentées à la classe, à l’aide d’un rétroprojecteur permettent, soit de démarrer le travail, soit de mener des synthèses.
Au cours des séances collectives les enfants échangent et mettent en commun leurs trouvailles. Dans la mesure du possible, elles sont filmées de manière à garder un maximum d’informations sur la manière dont les élèves discutent entre eux de leurs découvertes, de leurs difficultés… Ces séances sont très riches et font beaucoup progresser les enfants.
Le passage sur l’unique ordinateur nécessite une mise en œuvre lourde et complexe pour le maître qui mène, en parallèle, d’autres activités pour les élèves qui ne sont pas sur l’ordinateur. Les enfants ont été enthousiastes et auraient aimé passer plus souvent sur le Macintosh. Une organisation autour d’un réseau de 6 postes permettant de travailler par demi-classe et d’avancer plus rapidement serait beaucoup plus satisfaisante. Mais l’école n’était pas équipée et on ne put faire mieux…

b) l'expérimentation (février, juin 1996) CM2

Les conditions matérielles sont nettement meilleures, nous disposons de deux Macintosh FX et de deux écrans couleur prêtés par La Division Enseignement et Recherche d’APPLE COMPUTER FRANCE. Nous avons emprunté par ailleurs deux imprimantes couleur. Le matériel est installé dans la salle informatique et audio-visuelle de l'école. Nous travaillons régulièrement, chaque lundi matin. Deux groupes de trois élèves fonctionnent simultanément.

- la première étape (février, mars 96) :
Nous présentons le logiciel de la même manière qu'en 1995.
+ Présentation collective des grandes fonctionnalités de l’ordinateur.
+ Présentation du logiciel et de son mode d’emploi.
+ Toute la classe travaille sur « papiers peints (1) » ou « papiers peints (2) ».
+ Nous abandonnons « objets divers ».

- la deuxième étape (avril, mai, juin 96)
Après deux demi-journées de synthèse le 5 et le 9 avril, les équipes doivent se déterminer pour la programmation ou la conjugaison.

+ Trois équipes choisissent la programmation.

Les enfants écrivent des programmes correspondants à des papiers peints réalisés en mode pas à pas et inversement imaginent à l’avance ce que peut faire un programme. Ils découvrent quelques concepts spécifiques aux « langages à objets » (classe, objet, méthode…) et quelques règles simples de syntaxe. L'une d'entre elles, utilisera, même le BROWSER pour créer des méthodes.

+ Sept équipes se lancent dans les conjugaisons.

L'ensemble des travaux des enfants sera longuement décrit et analysé dans la deuxième partie de la thèse.

* L'évaluation pédagogique du logiciel et du travail avec les élèves

Quinze pages de tests environ (présentées dans les annexes) sont prévues en début et en fin d’expérimentation pour évaluer les connaissances des enfants sur les concepts informatiques, les notions de géométrie et de conjugaisons mises en cause…
Il est, bien sûr, hors de question d’interdire aux enfants de conjuguer les verbes ou de travailler sur la symétrie en dehors des séances d’informatique. Aussi nous nous contenterons d’un bilan global des acquisitions qui seront dues à la fois au travail en informatique et au travail habituel fait en classe.
Il ne s'agit pas de faire une évaluation individuelle très fine, comme on aurait pu le faire pour une recherche en psychologie cognitive, mais d'avoir une vision très générale des connaissances du groupe classe. Les tests de début sont apparus comme assez fastidieux pour les enfants qui étaient très impatients de passer sur les ordinateurs. En ce qui concerne les tests de fin, le regard que les enfants portent sur leurs activités et leurs découvertes est empreint d'une grande spontanéité mais aussi d'une grande lucidité. Les enfants sont nos meilleurs critiques et nos meilleurs observateurs… Le point de vue du maître Gérard Bonnérat est pour nous un élément fondamental.

* La réponse aux questions de la thèse

Elle se fait grâce à l'analyse et à la synthèse des nombreux résultats que nous pouvons obtenir dans l'expérimentation avec les enfants. Nous nous appuyons essentiellement sur :

+ les comptes rendus des séances sur ordinateurs
+ les albums qui contiennent toutes les copies d'écrans des étapes intéressantes des travaux des enfants
+ les enregistrements vidéo des séquences collectives
+ les cahiers d'informatique que les enfants organisent et présentent eux-mêmes
+ les questionnaires que les enfants remplissent en début et en fin d'expérimentation
+ l'interview du maître de la classe Gérard Bonnérat (citée in extenso dans les annexes )

* Le retour aux sources…

Dans la première partie de la thèse nous présentons longuement nos expériences antérieures, elles ont été le point de référence pour la conception de cette thèse. Nous avons essayé, d'autre part, de trouver à travers le temps et l'espace des expériences similaires ou ayant une parenté avec notre recherche, nous les résumons et les comparons à nos travaux.
Les recherches pour introduire SMALLTALK auprès de jeunes enfants sont très peu nombreuses. Après avoir résumé l'esprit dans lequel nous avions travaillé sur LOGO et SMALLTALK à l'École Normale d'Instituteurs de Paris, nous présentons les travaux des fondateurs du langage Adèle Goldberg et Alan Kay au centre de Palo Alto Middle School en 1977 avec des enfants de 9 à 15 ans. Nous résumons également l'expérience menée, au Québec, en 1987 par Michel Aubé et Danièle Bracke, dans l'enseignement secondaire.
Nous présentons des travaux plus récents (1993), d'Orlando Mihich réalisés par des adolescents grâce à LogoWriter, ainsi que ceux de David Candfield Smith, Allen Cypher et Jim Spohrer (1994) avec des enfants d'une dizaine d'années qui programment des « agents » sans langage de programmation .
Bien que ces cinq recherches aient été menées de manière indépendante, à vingt ans d'intervalle, elles comportent de grandes similitudes : le respect du projet des enfants par les adultes, le désir d'adapter le langage pour le rendre compréhensible et motivant, la grande créativité et l'enthousiasme des élèves. Elles s'appuient toutes sur le désir très profond de faire programmer les élèves…

* Les annexes

Nous y montrons des documents complémentaires :

- les tests que les enfants ont passé en début et en fin d'expérimentation
- l'interview complète de Gérard Bonnérat
- les listings du logiciel « SMALLTALK, UN JEU D'ENFANTS » en OBJECT-WORKS SMALLTALK 4.1

* Les conclusions et les perspectives

Dans les prochaines années nous souhaitons poursuivre et élargir le champ de nos travaux. Dans le travail de thèse nous avons fixé des limites :

- le niveau de l'expérimentation (le CM2)
- le temps d'expérimentation (moins de deux années scolaires)
- seules trois classes : les carreaux, les formes géométriques, les verbes
sont prévues dans l'environnement de programmation

Enfin après avoir présenté les conclusions du travail de thèse, nous imaginons des horizons plus vastes que nous décrivons dans le dernier chapitre « Conclusion et perspectives »…

* Le plan de la thèse

INTRODUCTION
SMALLTALK UN JEU D'ENFANTS…

PREMIÈRE PARTIE
LA GENÈSE DE L’ENVIRONNEMENT-OBJET…
L'ÉTAT DE L'ART DES EXPÉRIENCES PÉDAGOGIQUES AVEC SMALLTALK
DES EXPÉRIENCES ACTUELLES…

DEUXIÈME PARTIE
UN LOGICIEL CONÇU POUR INTRODUIRE «LES OBJETS INFORMATIQUES»
LA PRÉEXPÉRIMENTATION AU CM2 (mai-juin 1995)
L’EXPÉRIMENTATION AU CM2 (février-juin 1996)

TROISIÈME PARTIE
RÉPONSES AUX QUESTIONS DE LA THÈSE
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

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