Fonctions et Procédures en Programmation

Ce concept est abstrait pour les élèves car il change leur façon de structurer le code. En passant du linéaire au modulaire, ils doivent penser à l'organisation et à la réutilisation, ce qui demande une nouvelle approche intellectuelle. Travailler activement avec des activités concrètes et collaboratives les aide à intégrer cette abstraction en la rendant tangible et applicable immédiatement.

• 3ème
• Vers le Lycée : Maîtrise et Raisonnement Mathématique
• 4 activités
• 20 min–50 min

Objectifs d’apprentissage

1. Analyser la structure d'un programme complexe et identifier les blocs de code répétitifs pouvant être transformés en fonctions.
2. Comparer l'efficacité et la lisibilité d'un code utilisant des fonctions par rapport à un code sans fonctions pour une tâche donnée.
3. Concevoir et implémenter des fonctions avec des paramètres et des valeurs de retour pour résoudre des problèmes algorithmiques spécifiques.
4. Expliquer le rôle des paramètres dans la généralisation d'une fonction et l'importance de la valeur de retour pour la réutilisation des résultats.
5. Évaluer la pertinence de décomposer un problème en sous-problèmes résolus par des fonctions distinctes.

Penser-Partager-Présenter

⏱ 20 min·Binômes

Penser-Partager-Présenter: Maths vs Code

L'enseignant affiche une fonction mathématique (f(x) = x² + 1) et son équivalent en Python. Chaque élève identifie les parallèles (paramètre, valeur de retour) individuellement, puis en discute avec son binôme. La classe formalise ensemble les points communs et les différences.

Préparation et détails

Pourquoi la décomposition d'un problème en fonctions est-elle une bonne pratique de programmation ?

Conseil de facilitation: Pendant le Think-Pair-Share, insistez pour que chaque élève reformule avec ses mots la différence entre écrire une fonction et l'appeler, avant de partager avec le groupe.

Setup: Disposition de classe standard ; les élèves se tournent vers leur voisin

Materials: Consigne de discussion (projetée ou distribuée), Optionnel : fiche de prise de notes pour les binômes

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Conscience de soi
• Compétences relationnelles

Classe inversée

⏱ 50 min·Petits groupes

Projet Collaboratif : Le Dessin Modulaire

Chaque membre du groupe écrit une fonction qui dessine un élément (maison, arbre, soleil) avec des paramètres de position et de taille. Le groupe assemble les fonctions dans un programme principal pour créer une scene complète. Les paramètres forcent la réutilisabilite.

Préparation et détails

Comparez le concept de fonction en mathématiques et en programmation.

Conseil de facilitation: Pour le Projet Collaboratif du Dessin Modulaire, attribuez des rôles spécifiques (design, codage, documentation) pour que chaque élève voie l'intérêt des paramètres dans la collaboration.

Setup: Salle de classe standard, modulable pour les activités de groupe

Materials: Supports d'étude préalable (vidéo/lecture avec questionnaire de guidage), Billet d'entrée ou test de positionnement, Fiche d'activité d'application en classe, Journal de bord ou carnet de réflexion

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Autogestion
• Conscience de soi

Classe inversée

⏱ 25 min·Binômes

Jeu Déconnecté : La Recette Parametrable

Les élèves ecrivent une recette de cuisine comme une fonction : nom de la recette, ingrédients (paramètres), étapes (instructions), plat final (valeur de retour). Ils appellent la recette avec différents ingrédients et vérifient que le résultat change correctement.

Préparation et détails

Justifiez l'importance des paramètres et des valeurs de retour dans les fonctions.

Conseil de facilitation: Lors du Jeu Déconnecté de la Recette Paramétrable, utilisez deux espaces distincts : un pour écrire les recettes (fonctions) et un autre pour les exécuter (appel de fonction), afin de matérialiser la distinction.

Setup: Salle de classe standard, modulable pour les activités de groupe

Materials: Supports d'étude préalable (vidéo/lecture avec questionnaire de guidage), Billet d'entrée ou test de positionnement, Fiche d'activité d'application en classe, Journal de bord ou carnet de réflexion

• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Autogestion
• Conscience de soi

Rotation par ateliers

⏱ 40 min·Binômes

Rotation par ateliers: Niveaux de Fonctions

Trois stations : ecrire une fonction simple sans paramètre, ajouter des paramètres, ajouter une valeur de retour. Les binômes progressent et doivent refactorer le code de la station précédente en utilisant les fonctions créées.

Préparation et détails

Pourquoi la décomposition d'un problème en fonctions est-elle une bonne pratique de programmation ?

Conseil de facilitation: À la Station Rotation des Niveaux de Fonctions, préparez des programmes incomplets ou erronés pour forcer les élèves à identifier et corriger les problèmes de portée des variables.

Setup: Tables ou bureaux organisés en 4 à 6 pôles distincts dans la salle

Materials: Fiches de consignes par station, Matériel spécifique à chaque activité, Minuteur pour les rotations

• Mémoriser
• Comprendre
• Appliquer
• Analyser
• Autogestion
• Compétences relationnelles

Enseigner ce sujet

Commencez par des analogies concrètes comme les recettes ou les instructions de montage pour ancrer le concept. Évitez de montrer d'abord des exemples parfaits : présentez plutôt des morceaux de code non modulaires et faites-les transformer en fonctions par les élèves. Cette approche par la déconstruction les aide à voir l'utilité immédiate de la modularité. Insistez sur l'importance de nommer les fonctions et les paramètres de façon explicite, car cela reflète leur compréhension du rôle de chaque élément.

À quoi s’attendre

Les élèves doivent montrer qu'ils comprennent la distinction entre définir et appeler une fonction, qu'ils savent utiliser des paramètres pour rendre le code réutilisable, et qu'ils identifient le rôle des variables locales. Une réussite se voit quand ils proposent des solutions modulaires sans être guidés, et quand ils expliquent clairement pourquoi ils structurent leur code ainsi.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

Pendant le Think-Pair-Share, certains élèves pourraient confondre écrire la définition d'une fonction et l'appeler directement.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant le Think-Pair-Share, demandez à chaque binôme de préparer deux extraits de code : un montrant la définition de la fonction et un autre montrant son appel. Faites-les échanger ces extraits avec un autre binôme pour identifier la différence avant de discuter en groupe.

Idée reçue courante

Pendant le Projet Collaboratif du Dessin Modulaire, des élèves pourraient utiliser des variables globales pour simplifier le code, ce qui nuit à la réutilisabilité.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant le projet, limitez explicitement l'accès aux variables globales en utilisant des paramètres obligatoires dans les fonctions. Demandez à un élève du binôme de jouer le rôle de 'vérificateur de modularité' pour s'assurer que chaque fonction ne dépend que de ses paramètres.

Idée reçue courante

Lors du Jeu Déconnecté de la Recette Paramétrable, des élèves pourraient penser que les variables locales sont accessibles en dehors de la fonction.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pendant le jeu, utilisez des cartons de couleurs différentes pour représenter les variables locales et globales. Montrez physiquement qu'un carton local est jeté à la fin de la recette, alors qu'un carton global reste sur la table.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Après le Think-Pair-Share, demandez aux élèves de rédiger sur une feuille : 1) la définition d'une fonction simple (ex: calculer le périmètre d'un rectangle), 2) un paramètre qu'elle prendrait, et 3) la valeur qu'elle retournerait. Collectez ces feuilles pour vérifier la compréhension des éléments de base.

Vérification rapide

Pendant la Station Rotation des Niveaux de Fonctions, présentez un programme qui dessine trois maisons identiques à différentes positions sans utiliser de fonction. Demandez aux élèves d'identifier la répétition et de proposer une fonction avec un paramètre pour la position. Écoutez leurs explications pour évaluer leur capacité à repérer les motifs répétitifs.

Question de discussion

Après le Projet Collaboratif du Dessin Modulaire, organisez une discussion en classe en demandant : 'Quels défis avez-vous rencontrés pour rendre vos fonctions réutilisables ?' Notez leurs réponses pour évaluer leur prise de conscience des limites des variables globales et de l'importance des paramètres.

Extensions et étayage

• Challenge : Proposez aux élèves avancés de créer une fonction qui génère une autre fonction en fonction des paramètres donnés (ex: une fonction qui retourne une fonction pour dessiner des formes de différentes couleurs).
• Scaffolding : Fournissez un modèle de fonction incomplet avec des espaces réservés pour les paramètres et demandez aux élèves de compléter en identifiant ce qui varie.
• Deeper exploration : Explorez les fonctions récursives en montrant comment une fonction peut s'appeler elle-même pour résoudre un problème (ex: calcul de factorielle), en lien avec les fonctions déjà vues.

Vocabulaire clé

Fonction	Un bloc de code nommé qui effectue une tâche spécifique. Il peut accepter des données en entrée (paramètres) et renvoyer un résultat (valeur de retour).
Procédure	Similaire à une fonction, mais ne renvoie généralement pas de valeur explicite. Elle exécute une séquence d'actions.
Paramètre	Une variable passée à une fonction ou procédure lors de son appel, permettant de personnaliser son comportement ou de lui fournir des données.
Valeur de retour	Le résultat qu'une fonction produit et renvoie à la partie du programme qui l'a appelée.
Réutilisabilité	La capacité d'un bloc de code, comme une fonction, à être utilisé plusieurs fois dans différents endroits d'un programme ou dans d'autres programmes sans avoir à être réécrit.