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Savoirs informatiques n° 1, octobre 1985, pages 40 à 42.

Le nanoréseau outil pédagogique

Le nanoréseau est un nouvel outil informatique. Des universitaires de Lille l'ont mis au point. Voici déjà plus de deux ans que l'équipe de Philippe LOOSFELT l'expérimente sur le terrain.

par Philippe LOOSFELT

Le nanoréseau est né au Centre Université Économie Éducation Permanente (CUEEP), UER de l'Université des Sciences et Techniques de Lille. Le CUEEP assure depuis 15 ans des formations continues, depuis l'alphabétisation jusqu'aux formations universitaires, dans des zones de formation collective et dans les entreprises. Depuis 1980, nous disposons d'un parc de micro-ordinateurs dédié à l'Enseignement Assisté par Ordinateur (E.A.O.), surtout utilisé à des niveaux entre CAP et baccalauréat.

L'outil ordinateur nous fascinait, en particulier pour sa vitesse de création d'images. Par contre la difficulté de charger un logiciel présentait un lourd handicap : c'était une gageure d'être si lent au chargement et si rapide à l'exécution. Cette lenteur n'est pas supportable en usage collectif. Aussi nous avons décidé d'apporter une solution définitive à ce problème en reliant les ordinateurs par réseau.

Les réseaux disponibles sur le marché ne pouvaient satisfaire les contraintes propres à l'E.A.O. Nous avons donc créé un nouveau réseau, adapté à nos besoins en enseignement. Dès les premières exploitations en formation, nous avons découvert que ce réseau transformait une collection d'ordinateurs juxtaposés en outil pédagogique extraordinairement fertile. Nous en donnerons quelques illustrations.

La nécessité d'investir

Un réseau est un dispositif reliant plusieurs ordinateurs et permettant d'échanger des données. Les réseaux existent depuis longtemps dans le monde de l'informatique. Aussi nous sommes allés consulter le marché professionnel. Il devait être en effet plus facile d'adapter un système existant que de reprendre une étude complète.

Il nous est vite apparu que le marché professionnel n'avait aucune solution à nous proposer. Les réseaux d'ordinateurs se rencontrent couramment en gestion. Cas classique : une entreprise s'équipe d'un ordinateur, qui devient vite trop petit. On en achète un second, on spécialise les tâches et on relie ces deux machines en réseau. Ces deux ordinateurs sont distants de 30 mètres, on installe pourtant deux MODEM homologués PTT (une fortune !) et on parvient ainsi à transférer des fichiers à 1200 bauds , soit presque 200 caractères par seconde. L'industriel est satisfait : son problème est résolu ; le fabricant d'ordinateurs encore plus : avec deux ordinateurs, le client est captif: le fabricant de MODEM se fait une rente en installant des appareils sans aucune nécessité technique.

Les premiers contacts pris avec les professionnels des réseaux ont vite abouti à la conclusion que nous vivions dans deux planètes distinctes : il y avait plus d'électronique dans un seul boîtier assurant la liaison au réseau que dans l'ensemble des dix machines que nous souhaitions relier; et il aurait fallu un boîtier par poste de travail. En simplifiant, il nous suffisait d'acheter les boîtiers, et le fabricant nous aurait fourni les micro-ordinateurs en prime.

Il s'avère que la création d'un réseau représente un tel investissement qu'elle ne se justifie que pour un nombre imposant d'installations ; deux conceptions sont possibles : soit le fabricant propose un réseau tellement passe-partout qu'il peut s'adapter sur n'importe quel ordinateur. C'est alors un " dénominateur commun ", de haute complexité et aux performances quelconques ; soit (c'est la tendance actuelle) le fabricant crée un réseau haut de gamme, type Ethernet, et ce sont les fabricants d'ordinateurs qui, pour profiter du service rendu, font l'effort de s'interfacer sur ce réseau. C'est alors un dispositif de très haute technicité, que les utilisateurs dégraderont fatalement faute d'en pouvoir exploiter toutes les richesses. Dans chacun des deux cas, rien qui satisfasse l'ensemble des contraintes de l'E.A.O.

Un réseau pour l'enseignement

Le réseau dont nous avions besoin était d'une autre nature, tellement bon marché que tout acheteur d'un parc de micro-ordinateurs serait incité à s'en équiper, tellement rustre qu'il supporterait le domaine pédagogique qui n'est pas tendre pour le matériel, tellement rapide qu'il supprimerait tout délai dans les réponses. Une seule solution : repartir de la " puce " contrôleur de réseau, un circuit intégré très complexe, utilisé dans tous les réseaux à quelques variantes près.

Le monde pédagogique impose un certain nombre de contraintes que l'expérience nous a vite apprises :

­ Une vitesse de transfert sérieuse : il n'est pas tolérable de perdre plusieurs minutes à un chargement de logiciel, cela provoque une désastreuse relâche d'attention et, pour les plus jeunes, de discipline !

­ Un prix modeste : le bon sens impose que le prix de l'interface réseau n'excède pas le cinquième du prix du matériel relié.

­ Une connectique simple : en particulier les câbles de liaison parallèles à plus de 10 conducteurs ne sont pas envisageables : ils sont lourds, fragiles et introuvables dans le commerce à un prix raisonnable.

­ La mobilité : il faut pouvoir se brancher sur le réseau, et s'en débrancher sans rien perturber. On a beau exiger le respect du matériel, l'enseignement est un monde vivant où le matériel est au service des « apprenants », et non l'inverse.

­ La transparence : toute plage mémoire doit pouvoir être transportée : rappelons qu de nombreux systèmes de transfert n'acceptent que les codes ASCII (1).

Deux caractéristiques du domaine pédagogique viennent soulager les exigences techniques.

1) Site géographique limité : il n'y a pas nécessité à envisager des distances supérieures à 100 mètres.

2) Nombre de postes limité : une trentaine de postes de travail, c'est largement supérieur aux idées actuelles de laboratoire à l'E.A.O. (un peu comme ce qui existe en laboratoire de langues).

Maintenant que le produit nanoréseau est achevé, nous pouvons pousser un grand soupir de soulagement: tant de micro-ordinateurs s'évaporent après un an d'existence: le TO.7/MO.5 a évolué, mais est resté stable sur deux ans; c'était le délai nécessaire à la lente évolution du produit : affinement électronique, adaptation aux besoins de l'enseignement tel qu'il est vécu, et non tel qu'on l'imagine au fond d'un laboratoire, choix d'une solution définitive satisfaisant toutes les contraintes et permettant toute évolution future. Il est facile de transposer maintenant ce produit sur un autre ordinateur : ce produit a pu profiter d'une gestation suffisamment longue.

Profitons de l'occasion pour signaler que la maturation d'un parc de logiciels pédagogiques suppose au moins la même stabilité. Il y a aujourd'hui plus de deux cent mille TO.7/MO.5 installés en sites pédagogiques dans toute la France. Les enseignants disposant de ces machines ont besoin de logiciels maintenant. Si on s'amuse à lancer la rumeur que le MO.5 ne sera plus fabriqué, que la future machine sera telle autre, que l'Éducation nationale retournera à sa marotte des grosses machines, on saborde toute création pédagogique : pourquoi investir dans ce « cul-de-sac » ? Il est délicat de parler pédagogie, alors parlons économie : dans un an (si on ne fait pas l'idiot), la France vendra des systèmes pédagogiques « clés en main » ; ce ne seront pas des Mini 6 ni des compatibles I.B.M., mais des MO.5 reliés en réseaux et accompagnés de cargaisons de logiciels. Tant qu'une machine quatre fois plus performante n'est pas proposée, gardons le MO.5.

Pour ce que nous connaissons, la petite histoire du Plan Informatique Pour Tous commençait par le projet d'un équipement massif en Macintosh. Ce à quoi il aurait été rétorqué que le nanoréseau offrait une alternative plus conforme au soucis de rester français. Le nanoréseau était prête parce que les travaux avaient démarré il y a bien longtemps à Lille. Dès septembre 83, une première version était proposée au Sicob.

Toutes les fonctions nécessaires en pédagogie étaient implantées. Seule a manqué une autorisation claire de Thomson pour l'exploitation (et donc la diffusion) de leur Disk Operating System (DOS), légèrement modifié pour s'adapter au réseau, et parfaitement opérationnel (nous l'utilisions depuis plus d'un an), qui rendait le réseau immédiatement compatible avec toutes les productions sur TO.7/MO.5.

Caractéristiques techniques

Le nanoréseau de l'Université des Sciences et Techniques de Lille (USTL) exploite une ligne RS 485 à 500 kilo bits par seconde, en y accédant par la méthode CSMA, et en la gérant par le protocole HDLC. Ce qui se traduit ainsi, en français:

­ HDLC, c'est une façon d'organiser les transmissions apportant une sécurité quasi absolue sur l'exactitude des messages, et permettant le transport de tout code, et non seulement les codes ASCII .

­ CSMA, cela veut dire que le microprocesseur ne passe que le strict minimum de temps à la gestion du réseau, contrairement au système du « passage du jeton » où le microprocesseur est sans cesse dérangé pour participer à la gestion de la ligne.

­ RS 485, c'est une façon d'injecter les signaux électriques sur la ligne de façon à être peu sensible aux parasites électriques.

­ 500 kilo bits par seconde : cela signifie que l'équivalent de 20 à 30 pages d'un livre normal sont transmises en une seconde d'un poste à un autre poste.

Performances du nanoréseau

Parler des performances du nanoréseau USTL oblige à distinguer entre les demandes au serveur, et les échanges entre postes. Une demande de logiciel au serveur peut être satisfaite très vite si le logiciel demandé se trouve dans sa mémoire vive ; en général, ce logiciel se trouve stocké sur disque : il faut d'abord le charger dans ses mémoires vives avant de l'envoyer. Ce temps de chargement durera quelques secondes sur disque souple (pour des logiciels de 15 000 caractères par exemple) ; il durera dix fois moins sur disque dur. On peut chercher à optimiser ces chargements, mais on aboutit fatalement à un débit maximum du serveur lié, non pas aux performances du réseau, mais au débit de lecture ou d'écriture sur disque.

Entre postes de travail, ces transferts se font nécessairement entre mémoires vives, et les délais sont alors faciles à chiffrer : pour un ordre évolué basic, il faut compter une durée incompressible de 12 millisecondes tout compris pour les traitements divers, plus une durée variable selon la longueur du message, soit 17 microsecondes en moyenne par octet transféré (moins de 0,3 seconde pour un transfert d'écran, soit 16 000 octets). Ceci conduit à une notion de rendement (temps utile divisé par le temps total) variable selon la longueur des messages, de 86 % pour des messages de 10 000 caractères à 12 % pour des messages de 100 octets (et de 0,14 % pour des messages de 1 octet !). Pour simplifier, une demande-réseau équivaut à l'échange de 700 octets inutiles (12 millisecondes) avant l'échange des octets utiles. En contrepartie, la sécurité est pratiquement absolue.

La version 2 du nanoréseau (septembre 84) avait satisfait toutes les exigences pédagogiques. Nous avons alors affiné les " couches de bases " (celles qui attaquent le contrôleur de réseau) pour atteindre la finesse de l'octet (en version 2, on travaillait par paquets multiples de 4 octets). Nous avons ensuite retravaillé les procédures d'échange pour ouvrir le réseau aux promoteurs des langages autres que le basic. Le résultat a peu d'impact sur les utilisateurs : seuls les développeurs, amenés à enrichir le réseau en introduisant de nouvelles fonctions adaptées à leurs besoins, peuvent apprécier ces aménagements.

Le concept nanoréseau faisant son chemin, et le Plan I.P.T. commençant à poindre, tout le monde s'est activé sur cette version 3 : Thomson a retravaillé le complément de basic équivalant au D.O.S. chargé sous lecteur de disque (les ordres LOAD, SAVE...? ont été orientés réseau ; l'ordre CLONE a été créé pour les échanges entre postes, etc.) et a réalisé une extension mémoire vive permettant de se libérer des cartouches. Leanord a transféré sur serveur 16 bits toutes les couches de base version 3 que nous avions développées sur serveur 8 bits. Il a parfaitement joué son rôle d'industriel en menant à bien le produit souhaité par le Plan I.P.T. Le C.N.D.P. a réalise le système de gestion sur le serveur, en particulier pour rendre possible l'intégration du L.S.E.. Le CUEEP a réalisé l'interface utilisateur au serveur. Bref le Plan I.P.T. a abouti dans les délais voulus à un produit de la qualité souhaitée. La véritable aventure : l'E.A.O. dans tous les coins de la France, peut maintenant commencer.

Exploitations pédagogiques

L'outil nanoréseau offre une souplesse d'utilisation qui en fait un outil idéal pour l'E.A.O. Nous rappelons d'abord l'idée de l'E.A.O. que nous avions au départ de cette aventure : à quoi pouvait servir un ordinateur dans l'enseignement. Nous expliquerons ensuite comment le nanoréseau a enrichi ce concept, tant au niveau enseignant qu'au niveau développeur.

L'objectif premier du réseau est de permettre un chargement de logiciel d'un poste de travail à partir d'une mémoire de masse (micro-ordinateur type professionnel). En complément sont venues se greffer les fonctions de sauvegarde de logiciels, de chargement ou sauvegarde de plage mémoire, de concaténation, de RUN automatique, de demande de directory, etc. En fait, comment partager une mémoire de masse ? Signalons pour la petite histoire que la première livraison lu nanoréseau version I.P.T. (Pâques 1985) contenait strictement ces fonctions, et que les enseignants ont réagi face à l'absence d'échanges entre postes.

En démarrant le projet réseau, nous nous sommes attelés à offrir une solution parfaite aux trois applications pédagogiques immédiatement perçues :

­ Le super tableau noir aux mains de l'enseignant, lui permettant d'illustrer et d'animer son cours grâce à cet « audiovisuel » non figé.

­ La batterie d'ordinateurs confessionnaux où chaque élève va lutter contre ses faiblesses intimes dans un corps à corps acharné avec les logiciels d'E.A.O.

­ L'atelier d'initiation à l'informatique, permettant de se confronter à l'exploitation de tout type de fichier.

Dès les premiers essais du réseau, les pédagogues du CUEEP avaient été enthousiasmés par les échanges entre postes (les tests les plus commodes consistaient en échanges d'écran). Les fonctions d'échange de logiciel, de plage mémoire, d'écran entre postes ont été implémentées, conformément aux besoins des pédagogues ; dans la foulée, les sauvegardes d'écran sur serveur ont été ajoutées à la version 3 par Thomson. (Malheureusement le rappel de ces écrans s'effectue avec une absence d'instantanéité qui convient mal au monde pédagogique).

Le domaine des échanges entre postes n'étant pas imaginable avant ce projet, nous n'avions pas idée des répercussions de ce dispositif. Quelques remarques acerbes sont remontées : c'est une incitation à la tricherie ! C'est à proscrire ! Il est vrai que ces échanges sont incompatibles avec certaines utilisations des postes, par exemple lors d'un contrôle de connaissances sur la programmation ! Dans toutes les versions, un octet est spécialement prévu pour interdire/autoriser ces échanges. Cet octet est mis à 0 (= autorisation) lors de l'allumage, et peut être modifié (= interdiction) à volonté, seul restant possible l'accès au serveur à l'initiative du poste. (Voir Leanord pour les détails techniques).

Ces réactions négatives sont marginales : la majorité des pédagogues ont perçu, au contraire, que ces possibilités ouvraient des perspectives extraordinaires dans le domaine de l'animation pédagogique de leur classe. Voici quelques exemples, pris dans notre entourage, illustrant ces possibilités.

Concaténation de modules

Soit un logiciel à écrire en groupe: le logiciel est découpé en un certain nombre de modules. Chaque module est confié à un sous-groupe disposant d'un poste de travail branché sur nanoréseau.

Chaque groupe se met au travail, puis le formateur concatène l'ensemble des modules, en respectant l'ordre des numéros de ligne : le logiciel est prêt à fonctionner.

Musique

Soit un morceau de musique polyphonique : chaque poste de travail compose un logiciel. Lorsque toutes les partitions sont écrites, on lance les logiciels sur toutes les machines. Le concert démarre.

Création d'un journal

Les différents pavés graphiques composés sur les divers écrans sont appelés par le TO.7 équipé de l'imprimante copie-écran, et imprimés sur papier. Découpage, collage, le journal était achevé, et les jeunes en ont gardé un souvenir inoubliable.

La rotation de la terre

Le logiciel affiche une mappemonde selon une longitude désirée. Chacun des 10 postes de la classe a laissé courir le programme d'affichage selon des longitudes régulièrement espacées. Lorsque toutes les images ont été prêtes, un logiciel de saisie d'écran sur un onzième poste, balayant successivement les 10 autres, a visualisé la rotation continue de la terre avec une qualité remarquable.

Statistique

Un logiciel de génération d'expériences aléatoires permettait de simuler un certain nombre d'échantillons. Ce logiciel de simulation a tourné sur tous les postes d'un réseau : les gens en formation ont pu comparer l'évolution des tests ; tous les résultats ont ensuite été repris sur un seul poste pour des cumuls et une synthèse des travaux.

Autre exemple

Un sondage d'opinions est réalisé à une petite échelle (une centaine d'échantillons) par le groupe en formation. Chacun entre les informations recueillies dans un logiciel, en DATA (chacun avec des numéros de ligne basic propres). On concatène ces DATA à un logiciel de traitement de ces données. Traitement dans la foulée.

Courbes paramétrées

Chaque poste est chargé d'un logiciel traceur de courbe ; une fonction paramétrée est proposée, avec une valeur de paramètre pour chaque poste. De la même façon que pour la rotation de la terre, un balayage de tous les postes sur le poste du formateur permet de mettre en évidence, en " dessin animé " l'influence du paramètre.

Ce que nous trouvons extraordinaire, c'est que les possibilités de nanoréseau ont été exploitées à des fins parfaitement imprévisibles. Les mauvais augures prédisaient un avenir lugubre à l'E.A.O. à cause de l'individualisme forcené de l'apprenant face à son écran. Les enseignants ont tout de suite tiré parti du nanoréseau pour animer des séances de formation. Ils ont modifié leur pédagogie pour intégrer ce nouvel outil. Ce seul résultat suffirait à justifier tous nos efforts.

Pas de conclusion...

maintenant car l'aventure du nanoréseau commence vraiment, et s'achèvera, nous l'espérons' sur deux conséquences: l'élaboration d'un parc de logiciels pédagogiques de haute qualité, d'une part, et la réalisation d'un outil pédagogique reconnu au point de devenir objet d'exportation.

Il y a seulement trente ans, on n'imaginait pas que la musique pouvait être source de devises. Les Beattles ont prouvé le contraire. Peut-être que l'E.A.O...

oOo