1. Les apports des outils numériques au raisonnement scientifique 

Pour construire une représentation cohérente du monde, les élèves mettent en corrélation l'observation de faits naturels ou d'objets construits par l'homme et la mesure directe sur le réel, avec l’expérimentation, la modélisation ou la simulation pour comprendre et agir. 

Expérimenter, c’est reproduire les conditions qui vont permettre de comprendre un phénomène en établissant directement une relation de cause à effet entre des faits observables et une explication. 

Modéliser, c’est procéder par analogie. Quand on ne peut pas avoir accès aux conditions réelles, on invente des situations qui se rapprochent de la réalité pour comprendre. Modéliser, c’est aussi traduire en langage mathématique une situation réelle (à l’aide d’équations, de suites, de fonctions, de configurations géométriques, de graphes, de lois de probabilité, d’outils statistiques ...) et produire des données quantitatives. 

Simuler, c’est faire fonctionner un modèle. 

Dans ce cadre, le numérique apporte des aides pour mieux appréhender certains objets ou phénomènes et pour dépasser certains obstacles rencontrés par les élèves. Par exemple : 

-  les « jeux sérieux », utilisés dès l’école primaire, sont « des applications développées à partir des technologies avancées du jeu vidéo. Ils font appel aux mêmes approches de design et savoir-faire que le jeu classique (3D, temps réel, simulation d'objets, d'individus, d'environnements...) et dépassent la seule dimension du divertissement »1. Il est important de proposer des jeux adaptés aux objectifs pédagogiques qui favorisent la résolution de problèmes. Il existe aussi des « jeux sérieux » qui simulent des situations différentes pour aider les élèves à comprendre les effets de telle ou telle décision.

-  Les outils de simulation et certaines autres ressources numériques permettent de rendre compte de phénomènes dynamiques dans l'espace et dans le temps, de représenter les différentes échelles et niveaux d'organisation ou de réaliser virtuellement des expériences qui ne peuvent être faites en classe. Ces outils aident à construire et comprendre certains concepts et proposent un espace de différenciation pédagogique tout en offrant aux élèves la possibilité d’avancer à leur rythme ou à choisir leur parcours ;

-  les modèles numériques construits par les élèves via la vidéo et des logiciels spécifiques facilitent le traitement des données notamment avec les tableurs‐ grapheurs. La continuité dans leur utilisation dès le collège et tout au long de la scolarité développe une autonomie progressive des élèves qui induit une posture d’accompagnement du professeur à adapter aux différentes situations ;

-  l’expérimentation assistée par ordinateur, fiable et couplée directement à la présentation des résultats, permet dans le second degré de réaliser des expériences sur des objets dont le suivi de la mesure est difficile (acquisition, mise en mémoire et ou traitement automatisé de données). 

La pratique des essais-erreurs contribue notamment à développer l’autonomie et l’inventivité des élèves dans le cadre des démarches d’investigation. 

Si l’utilisation des outils numériques favorise une pédagogie active, il convient de ne pas perdre de vue les objectifs d’apprentissages visés (ce qui peut être le cas si on s’attache trop aux aspects esthétiques ou techniques) en : 

-  apportant une réponse à la situation problème sans occulter les différentes étapes qui conduisent à sa compréhension ;

-  accompagnant l’élève dans l’utilisation, la compréhension et l’élaboration d’une simulation numérique ou géométrique ;

-  interrogeant l’élève, par un questionnement pédagogique, sur la pertinence de l’activité proposée par rapport au phénomène réel étudié.

. 2. Enseigner le code et l’algorithmique 


Le numérique modifie le rapport au temps et à l’espace, la manière d’apprendre et de comprendre, mais aussi l’activité des élèves et la posture de l’enseignant. Au-delà de l’usage des matériels et des logiciels, s’est posée la question d’un enseignement de la science informatique. Dans l’enseignement au numérique, on pense souvent à une éducation sociétale liée à la protection des données ou au savoir-être sur les espaces partagés. Mais l’enseignement au numérique inclut aussi un apprentissage du code et de l’algorithmique. Si le code permet de représenter l’information sous différentes formes (nombre, texte, image, son...), il est essentiel de comprendre comment on produit l'information, comment on la stocke, comment on la transporte, comment on la traite, comment on l'exploite et bien- sûr qui peut avoir intérêt à l’exploiter...
Pour accompagner les élèves dans la compréhension des mécanismes fondamentaux du numérique omniprésents dans l’environnement de chacun, tout est à construire, mais cela peut être :

-  apprendre à « bricoler » et à produire ses propres outils ;

-  travailler à partir d’activités “débranchées”, sans ordinateur, permettant de recentrer l’apprentissage sur le sens ;

-  observer et comprendre comment les réseaux sociaux permettent la capture des données des utilisateurs, mais aussi comment ils apprennent à collaborer, partager et développer l’intelligence collective ....
Depuis la rentrée 2012, est enseigné en terminale scientifique l’Informatique et les Sciences du Numérique. “Son objectif n'est pas de former des experts en informatique, mais plutôt de fournir aux élèves quelques notions fondamentales et de les sensibiliser aux questions de société induites. Il s'agit d'un enseignement d'ouverture et de découverte des problématiques actuelles, adapté à la société d'aujourd'hui, qui valorise la créativité et contribue à l'orientation”
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Cet enseignement a modifié la représentation initiale que de nombreux élèves avaient de l’informatique et des informaticiens. Ils y construisent des compétences d’analyse, de raisonnement et de regard critique mais aussi d’initiative, d’autonomie et de créativité. Les enseignants ont souligné l’écart entre les connaissances exposées et celles que les élèves ont pu acquérir seuls. La facilité, avec laquelle une question peut trouver une réponse sur Internet et le travail par projet contribuent à cet écart. Par ailleurs, la spécialité change la posture “habituelle” de l’enseignant. L’observation, le questionnement et l’accompagnement prenant davantage de place dans une discipline où le professeur n’a pas toujours toutes les compétences ou les connaissances.