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Le projet Thymio Geht in Die Berge : La robotique comme objet et moyen d’apprentissage.

Les robots, les ordinateurs et les machines de manière générale font partie intégrante de notre quotidien. Ces outils sont dans nos poches, dans nos maisons, sur nos lieux de travail et de loisirs. De plus, en amont, une grande partie de ce que nous utilisons et consommons quotidiennement a été conçue, produite, transportée par et/ou grâce à des machines. Selon les experts du Forum économique mondial (World Economic Forum, 2016), la robotique et l’intelligence artificielle deviendront les moteurs de la quatrième révolution industrielle. Afin de prendre la mesure de l’ampleur de ce phénomène, le nombre de puces électroniques produites en 2019 est éloquent, en effet nous avons produit plus de 1000 milliards de puces électroniques (Swissquote, n°3, 2020) et cette tendance augmente. Cette évolution s’inscrit dans la continuité des développements technologiques qui ont eu lieu jusqu’à aujourd’hui et qui redéfinissent constamment nos professions, nos modes de vie, notre médecine, nos interactions... Ces changements provoquent des transformations profondes de nos sociétés. Par exemple, nous n’utilisons plus de pigeons voyageurs, ni le télégraphe et encore moins de tablettes de cire pour écrire et plus personne ne doit allumer et éteindre chaque lampadaire à la main. Ces évolutions ont eu leur lot de conséquences, certains métiers ont disparu et d’autres se sont créés.

Les robots, les ordinateurs et les machines de manière générale font partie intégrante deLa seule constante est qu’à chacune de ces étapes il a fallu s’adapter et se réinventer, et l’école se doit de soutenir les futurs acteurs de notre société dans ce processus. En effet, contrairement à ce que l’on pourrait penser, les générations qui ont toujours côtoyé les technologies ne sont pas nécessairement outillées ni compétentes dans l’utilisation des machines et ordinateurs. Bien souvent leur domaine de compétences se limite à des applications de divertissement et de communication, et des difficultés peuvent se présenter à l’utilisation d’outils professionnels. C’est ce que l’on appelle le mythe des «Digital natives» ou indigènes numériques (Georges-Louis Baron, Eric Bruillard, 2008).notre quotidien. Ces outils sont dans nos poches, dans nos maisons, sur nos lieux de travail et de loisirs. De plus, en amont, une grande partie de ce que nous utilisons et consommons quotidiennement a été conçue, produite, transportée par et/ou grâce à des machines. Selon les experts du Forum économique mondial (World Economic Forum, 2016), la robotique et l’intelligence artificielle deviendront les moteurs de la quatrième révolution industrielle. Afin de prendre la mesure de l’ampleur de ce phénomène, le nombre de puces électroniques produites en 2019 est éloquent, en effet nous avons produit plus de 1000 milliards de puces électroniques (Swissquote, n°3, 2020) et cette tendance augmente. Cette évolution s’inscrit dans la continuité des développements technologiques qui ont eu lieu jusqu’à aujourd’hui et qui redéfinissent constamment nos professions, nos modes de vie, notre médecine, nos interactions... Ces changements provoquent des transformations profondes de nos sociétés. Par exemple, nous n’utilisons plus de pigeons voyageurs, ni le télégraphe et encore moins de tablettes de cire pour écrire et plus personne ne doit allumer et éteindre chaque lampadaire à la main. Ces évolutions ont eu leur lot de conséquences, certains métiers ont disparu et d’autres se sont créés.

C’est dans ce contexte et cette perspective qu’intervient la robotique éducative qui permet, dès le plus jeune âge, de se familiariser avec ces technologies et d’en comprendre les mécanismes, les possibilités et les limites. Lorsque l’on pense à l’apprentissage de la robotique, des parallèles entre les robots éducatifs programmables et l’industrie ou encore des éléments du quotidien sont relativement évidents. Ces cours permettent aux élèves de mieux comprendre le fonctionnement de certaines machines comme les ascenseurs, les robots aspirateurs, les portes automatiques, les ordinateurs, les téléphones portables, les voitures… Toutefois la robotique éducative ne se limite pas à ces aspects purement techniques. Elle permet de développer un grand nombre de compétences et de connaissances tout en travaillant des matières connexes au sein de projets complexes, ce qui permet de plus le développement d’une certaine créativité. Ainsi, l’utilité de la programmation et de la robotique ne se limite pas à l’apprentissage du code informatique, mais touche aussi de nombreux autres aspects de la vie. Une fois que les apprenant-e-s maîtrisent l'art de résoudre des problèmes Page 2 sur 6 complexes en étapes plus petites et plus compréhensibles, elles et ils peuvent l'appliquer dans beaucoup d’autres situations. Par exemple, la résolution de problèmes mathématiques difficiles, la rédaction d'un dossier complexe ou la préparation d'un délicieux gâteau. Ces tâches peuvent sembler difficiles au début, mais une fois que l’apprenant-e est capable de transformer ces problèmes exigeants en problèmes plus petits, plus simples et plus compréhensibles, cela clarifiera les étapes du processus et la tâche sera ainsi beaucoup plus facile à effectuer.

C’est dans ce cadre que le projet Thymio geht in Die Berge (Thymio va à la montagne) prend racine. Le projet est piloté en Valais par Dario Zenhausern et Guillaume Tschupp, il est financé par Swisscom et a débuté l’année passée mais a dû être écourté à cause du COVID. Ce dispositif reprend cette année dans la classe de Mélody Héritier à Leytron, avec le soutien de la direction de l’établissement en la personne de M. Carruzzo. Le projet regroupe plusieurs classes de Suisse alémanique, Suisse romande et Suisse italienne, et se déroulera durant toute l’année scolaire 2020-2021. Ce projet a pour vocation de mettre en avant l’interdisciplinarité, la communication et la résolution de problèmes complexes au travers de projets interdisciplinaires utilisant les robots.

Le robot utilisé est le robot Thymio qui a été développé en Suisse par l’EPFL. Ce robot, spécialement créé pour les écoles est très robuste, très accessible et peut être utilisé sans connaissances préalables. Il est possible de l’utiliser sans le programmer ou le connecter à un ordinateur. Le robot offre d’innombrables possibilités grâce à ses multiples capteurs (distance, couleur, son, mouvements), ainsi qu’à ses deux moteurs, son haut-parleur, et les lumières et couleur qui peuvent illuminer différentes parties du robot.

Durant ce projet nous avons observé 4 phases par lesquelles les élèves passent et qui sont décrites par Romero et Dupont (2016). Chacune de ces phases correspond à certains apprentissages et aboutit au développement et à l’acquisition de compétences spécifiques.

  1. Introduction, première prise en main, phase dite d’exposition passive (sans manipulation) et discussion / débats autour de la robotique.
  2. Découverte et maitrise des aspects techniques permettant l’utilisation du robot de manière procédurale (pas à pas) en individuel ou en petits groupes. C’est durant cette étape que les élèves se familiarisent avec l’utilisation de l’ordinateur et des programmes associés.
  3. Exploration des possibilités et acquisition des bases de la robotique afin de développer de petits programmes. Phase de robotique-ingénierie.
  4. Développement de projets, résolution de défis complexes et créatifs impliquant la mobilisation de connaissances et de compétences dans plusieurs domaines et branches.

 


Phase 1 :

Après quelques essais les élèves ont très rapidement été capables d’allumer le robot et d’explorer ses capacités intrinsèques. En observant le robot, les élèves ont rapidement considéré Thymio comme un être à part entière avec une volonté propre, comme un petit animal. Dans la classe de Leytron, lors de la phase d’introduction, des phrases telles que : « Il veut aller là », « qu’est-ce qu’il fait ? » illustrent bien ce phénomène. L’enfant ne réalise pas encore que le robot ne fait qu’obéir à des ordres. Durant les échanges qui ont suivi, de multiples parallèles avec des outils du quotidien ont pu être établis. Les élèves ont démontré un grand intérêt et ont été amenés à réfléchir à ce qui constitue un robot et ce qui lui permet de fonctionner.

Phase 2 :

Durant cette deuxième phase, les élèves ont connecté le robot à un ordinateur afin de le programmer. Le robot Thymio peut être programmé de différentes manières, soit avec des pictogrammes (VPL), soit avec des blocs (comme avec Scratch) ou encore au moyen de lignes de code. Dans la classe de Mme Héritier, c’est la programmation par pictogrammes qui a été privilégiée dans un premier temps. Cette dernière permet aux élèves de prendre en main l’outil, les bases de la programmation et les différents éléments techniques liés à l’utilisation d’un ordinateur. Le robot Thymio est très simple à utiliser, ainsi cette phase fut rapide et après quelques explications et conseils les élèves étaient prêts à travailler avec le robot. C’est aussi durant cette phase que les élèves ont fait face aux premiers défis techniques inhérents au travail avec des machines. Les apprenant-e-s ont donc été amenés à établir la connexion, contrôler que le robot soit bien allumé et sélectionner les bons outils de programmation. Cette phase est très importante et donne des compétences techniques applicables à bon nombre de systèmes informatiques.

Phase 3 :

Durant cette troisième phase, les élèves ont abordé les bases de la programmation, de la pensée computationnelle et des objectifs centrés sur les usages des technologies. Les élèves ont ainsi expérimenté ce qu’est un algorithme, une boucle, une instruction, une condition (si, alors, …), un opérateur logique (et, ou, …), une variable, un actionneur, un capteur, etc. Ces éléments sont parcourus au travers d’activités guidées et de petits défis qui permettent de découvrir progressivement les possibilités du robot et de la programmation. Ce travail s’est déroulé par groupe de deux. Les échanges et la collaboration étaient au centre du travail et permettaient à chacun-e de progresser à son rythme tout en s’aidant mutuellement. Page 4 sur 6 Ces trois premières phases se déroulent relativement rapidement. Par exemple, dans la classe de Melody Héritier à Leytron, il a suffi de quelques cours pour que les élèves soient à même d’être autonomes avec les outils et de pouvoir utiliser les fonctions de bases. Jusqu’à récemment, l’utilisation des robots était souvent synonyme de défis techniques, d’investissements en temps et en argent conséquents. Aujourd’hui, des robots tels que Thymio facilitent l’accès à ces technologies, en quelques clics on est capables d’accéder à des fonctions avancées.

Phase 4 :

La phase 4, qui est celle qui nous intéresse plus particulièrement, correspond au moment où les élèves maitrisent suffisamment la technique et l’usage du robot pour pouvoir réaliser des activités plus complexes. C’est la phase que les élèves de Leytron viennent d’aborder et vont poursuivre durant le semestre prochain. Lors du projet Thymio Geht in Die Berge, différents défis sont proposés aux élèves et demandent de conjuguer une grande variété de compétences. Les défis se réalisent par groupes de deux à quatre élèves. Il faut donc être capable de coopérer, de communiquer et d’échanger des informations de manière constructive afin que la collaboration soit efficace. Trois de ces défis sont accessibles sur la plateforme www.roteco.ch. Les défis organisés autour du robot engendrent une interdépendance positive des membres du groupe qui ont un objectif commun. Ils sont complexes, c’est-à-dire qu’il y a plusieurs manières de les résoudre. Cette particularité permet une certaine inventivité dans le processus de création. La solution n’étant pas unique et la validation du résultat pouvant être réalisée par les élèves eux-mêmes, le processus leur donne une grande autonomie. Cette démarche favorise un travail sur le statut de l’erreur, qui est à considérer comme une information capitale permettant de progresser. Lorsque l’enfant est en interaction avec le robot, il ne se confronte pas au jugement de l’enseignant ou à celui d’autres élèves. Il est donc libre de faire ses propres expérimentations. Si l’objectif n’est pas atteint, si le robot ne répond pas aux attentes de l’élève, c’est qu’il y a eu une erreur dans la programmation. Étant donné que le robot se contente d’exécuter des ordres, le fait qu’il n’effectue pas la tâche attendue donne un retour instantané sur l’activité de l’élève. Ce retour est essentiel et permet de faire un travail sur le statut de l’erreur qui devient un élément de réflexion et de progression et non plus synonyme d’échec. Au contraire, ces erreurs ou « bugs » sont fondamentaux pour que l’élève puisse trouver des stratégies pour les surmonter (Piaget, 1981). Papert va encore plus loin en évoquant la création d’un espace, d’un environnement dans lequel l’erreur est acceptée : « (la programmation) permet notamment aux élèves en difficulté d’avoir un espace où l’erreur est permise et n’est pas vécue comme un échec total. Au contraire, il faut que ces élèves passent par ces erreurs pour atteindre l’objectif fixé par l’enseignant après de multiples essais » (Papert, 1981). Ces propos sont d’ailleurs corroborés par Bugmann (2018).

 


Liens théoriques

Les principales théories qui sous-tendent ce projet sont le constructivisme et le constructionnisme. Piaget soutient que la manipulation d'artefacts est une clé pour que les enfants développent leurs connaissances (Piaget, 1974). Papert a ajouté l'idée que la constitution du savoir se fait surtout efficacement dans un contexte où l’apprenant-e est consciemment engagé-e dans la construction d'un élément, qu'il s'agisse d'un château de sable sur la plage ou d'un objet technologique (Papert, 1980). Les propos de Perrenoud au sujet de la superficialité de certains feedbacks sont aussi très éloquents : « Autant dire qu’une partie des feedbacks donnés aux élèves en classe sont comme des bouteilles lancées à la mer. Nul n’a la certitude que le message qu’elles contiennent trouvera un jour un destinataire… (Perrenoud, 1997) ».

Lors du travail avec le robot, les élèves ont des feedbacks réguliers et instantanés les informant sur l’évolution de leur projet et la pertinence de leurs choix.

 


Observations et constats

Durant les observations menées au cours du projet Tyhmio Geht in Die berge à Leytron, nous avons pu observer tous ces éléments en action. Nous avons ainsi constaté la grande richesse de ce dispositif et un intérêt grandissant au sein des élèves durant les activités réalisées. De plus, de nombreuses situations ont permis d’attester les plus-values que ce type d’activités à caractère complexe amène : autocorrection, recherche de solutions et liens avec différentes matières. Par exemple, lors d’un défi, deux élèves voulaient que le robot s’illumine en violet, toutefois le robot ne dispose pas de cette couleur de LED. C’est alors que ces élèves ont fait un lien avec le cours d’art visuel durant lequel ils avaient appris que mélanger du bleu et du rouge permettait de créer du violet. Ils ont alors transféré cette connaissance afin de la réinvestir pour leur défi. Ainsi en programmant le robot pour qu’il s’illumine en bleu et en rouge simultanément, ils ont réussi à obtenir le violet dont ils avaient besoin. Les parallèles avec de nombreuses matières sont possibles et se font de manière très naturelle. Ainsi au fil des défis les élèves ont mobilisé des connaissances et des compétences en français, en mathématique, en arts visuels, en communication, en géographie…

Les technologies ont bouleversé nos sociétés et notre quotidien, il est aujourd’hui nécessaire d’apporter aux élèves les clés qui leur permettront de comprendre et d’utiliser ces nouveaux outils. Ces technologies représentent autant d’opportunités d’étendre nos horizons, pour autant que nous puissions les maitriser. Dans les projets de robotique éducative, l’idée est d’apporter aux élèves une interaction motivante et pertinente avec un robot qui leur permettra de s’initier au codage et à la pensée computationnelle. D’autre part, ces projets sont aussi pensés pour que les enseignant-e-s puissent les mettre en place sans connaissances informatiques préalables. De plus, cette éducation à la robotique mobilise les compétences propres au XXIe siècle (Romero, 2016) de collaboration, de communication, de résolution de problèmes et de transfert, tout en permettant une autonomie importante par des feedbacks immédiats et le développement de la créativité des apprenant-e-s. La robotique éducative est donc importante et sa place dans les classes gagnerait à être renforcée.

 

Guillaume Tschupp

Décembre 2020

 


Bibliographie

Beauté, L. et Chappex, L. (2020). L’invasion des puces. Gland: Swissquote N°3.

Bugmann, J. (2018). La robotique éducative, levier de motivation et outil de lutte contre le décrochage scolaire. Lyon: Rencontres nationales de la robotique éducative.

Perrenoud, P. (1997). De l’évaluation formative à la régulation maîtrisée des processus d’apprentissage: Vers un élargissement du champ conceptuel. Consulté à l’adresse: https://www.unige.ch/fapse/SSE/teachers/perrenoud/php_main/php_1997/1997_11.html

Papert, S. (1981). Jaillissement de l'esprit: ordinateurs et apprentissage. Paris: Flammarion.

Papert, S. (1980). Mindstorms: Computers, Children and Powerful Ideas. New York: Basic Books.

Piaget, J. (1974). To Understand is to Invent. New York: Basic Books.

Romero, M. et Dupont, Y. (2016). Educational robotics: from procedural learning to co-creative project oriented challenges with lego wedo. EDULEARN16 Proceedings, pp. 6159-6163.

 


Annexes

Lien vers la video du projet: https://tube.switch.ch/videos/acf474f3

Lien vers l’article sur la page Roteco, existe aussi en version allemande et italienne: https://www.roteco.ch/fr/stories/articles/des-robots-pour-apprendre-mais-pour-apprendre-quoi%e2%80%af/

 


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