Conception & évaluation de kits robotiques pédagogiques.
Études écologiques et expérimentales sur l’impact de l’intégration de la robotique dans le milieu scolaire, en matière d’acceptabilité, de motivation et de connaissances.
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Enjeux et contexte
La robotique pédagogique semble pouvoir jouer un rôle déterminant à l’école : elle ouvre la possibilité d’une pédagogie du et par le numérique qui se base sur le faire, sur l’expérimentation «avec les mains », qui permet en principe de maximiser l’efficacité et le plaisir des apprentissages car elle est en phase avec plusieurs principes fondamentaux du développement cognitif incarné chez les enfants.
En particulier, dans le contexte actuel où l’enseignement des sciences du numérique est devenu un enjeu sociétal majeur, les activités pédagogiques autour de la robotique ont montré un potentiel fort permettant de former les jeunes à comprendre les processus techniques du monde numérique qui nous entoure. “Déconstruire et (re-)construire” des objets tangibles simples, et des robots en particulier, est ainsi une opportunité pour permettre à chaque apprenant de ne pas fantasmer sur des promesses technologiques – et développer la pensée créative et la stratégie de résolution de problèmes.
La nature des objets robotiques, qui mélangent informatique, électronique, mécanique, design, mathématiques, physique, et même sciences du vivant et de l’homme, permet de construire des projets pédagogiques dans lesquels les apprenants sont amenés à découvrir les liens et les interactions entre les disciplines.
Le projet Poppy Éducation qui est l’une des bases de ce projet eFran, a développé plusieurs kits robotiques pédagogiques open-source et documentés sur le web (www.poppy-project.org/education ). Ils comprennent en particulier les plateformes robotiques imprimées en 3D Poppy Torso et Poppy Ergo Jr. Accompagnés d’activités pédagogiques « clés en mains », ils sont actuellement expérimentés et diffusés dans une dizaine de lycées en Aquitaine. Ils sont accessibles pour des débutants, permettant en particulier de remotiver les élèves en difficulté par une approche pédagogique très originale du monde numérique. Ils sont également utilisés dans des contextes différents, allant de l’enseignement d’informatique en Terminale ISN, à l’enseignement des sciences de l’ingénieur en première STI2D, à l’enseignement de découverte de la culture numérique en seconde ICN.
Problématique
Le potentiel des activités pédagogiques robotiques, et en particulier le rôle de l’instanciation physique de ces activités, dans lesquelles la manipulation d’objets numériques est centrale, reste encore à confirmer scientifiquement, en particulier en terme de leur utilisabilité réelle en classe et de leur impact sur l’efficacité des apprentissages et sur l’engagement motivationnel des élèves. Par ailleurs, il semble que ces impacts pédagogiques et motivationnels dépendent aussi de la manière dont ces outils pédagogiques sont utilisés en classe, ainsi que du contexte scolaire lui-même. Pour cette raison, et afin de pouvoir efficacement étudier les impacts des kits de robotiques pédagogiques sur les apprentissages en fonction de leurs propriétés techniques et pédagogiques, nous réaliserons les études dans le contexte particulier de l’enseignement des sciences du numérique en lycée, et en particulier pour les niveaux seconde ICN et terminale ISN.
Objectifs du sous-projet
Dans le contexte de ce sous-projet, l’équipe Inria Flowers a ainsi les objectifs suivants :Réalisation d’études pilotes en seconde ICN et terminales ISN afin d’évaluer l’utilisabilité des kits robotiques Poppy Ergo et Torso en classe, tant par les élèves et les professeurs, ainsi que pour sélectionner les objectifs pédagogiques qui seront visés par les activités pédagogiques et parmi les concepts de sciences du numérique qui peuvent être enseignés à ces niveaux. En particulier, nous étudierons trois possibilités : enseigner les notions de boucle sensorimotrice (contrôle avec feedback), de réseau informatique, ou quelques concepts fondamentaux de l’intelligence artificielle (algorithmes d’apprentissage). Ces objectifs pédagogiques seront choisis à la fois en fonction de leur adaptation pour réaliser ces études, et de leur pertinence pédagogique et sociétale.
Mise au point de variantes des kits pédagogiques Poppy : en fonction des objectifs pédagogiques visés, plusieurs interfaces homme-robot, associées à plusieurs modes d’interactions entre élèves, entre élèves et professeurs, et entre élèves et robots, seront imaginés et implémentés. En particulier, cela impliquera le développement de logiciels (et potentiellement d’objets matériels) permettant de mettre en œuvre ces interactions. Par ailleurs, des variantes seront aussi mises au point dans lesquelles c’est l’instanciation physique du robot qui changera (forme humanoïde ou non-humanoïde, robot physique ou virtuel).
Sélection et mise au point de méthodes d’évaluation de ces dispositifs, en particulier en terme d’utilisabilité des interfaces élève-robot-professeur, et de leur impact sur la compréhension des concepts visés ainsi que sur l’engagement des élèves dans les activités pédagogiques (en lien avec le concept de motivation intrinsèque).
Réalisation d’études de l’impact de ces kits en lycée, en visant une population cible d’environ 50 à 100 élèves (10-12 lycées pour l’étude de l’utilisabilité, et 4-5 lycées pour les études plus précises des impacts sur les apprentissages).
Échéances principales
2017 : Études pilotes (en lien avec le projet Poppy Éducation) sur l’utilisabilité des kits pédagogiques Poppy Ergo Jr en classe, et sélection des concepts pédagogiques qui seront l’objet d’études plus détaillées des impacts sur les apprentissages. Début de conception de nouvelles activités pédagogiques (ou adaptation d’activités existantes) et de dispositifs logiciels et/ou tangibles interactifs liées à ces concepts.
2018 : Études pilotes de l’impact sur les apprentissages et amélioration des kits pédagogiques en fonction des résultats de ces études pilotes
2019 : Réalisation des études principales et dissémination des activités pédagogiques et des résultats des études.
Thèse soutenue le 05 décembre 2019 en salle Ada Lovelace, Inria, Bordeaux.
Jury:
- Pierre-Yves Oudeyer [Examinateur]
- Florent Masseglia [Rapporteur]
- Margarida Romero [Rapporteur]
- Thierry Viéville [Président]
- Jérôme Laplace [Examinateur]
- Didier Roy [Examinateur]
PDF du manuscrit de thèse: https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-03003748/document
PDF diaporama soutenance: https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-03003748/file/PDF_soutenance_de_these_05_12_2019.pdf
Rapport du Jury: https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-03003748/file/rapport_%20de_soutenance.pdf
Références:
Thibault Desprez. Conception et évaluation de kits robotiques pédagogiques : Études écologiques et expérimentales sur l’impact de l’intégration de la robotique dans le milieu scolaire, en matière d’acceptabilité, de motivation et de connaissances. Informatique [cs]. Université de Bordeaux (UB), France, 2019. Français. ⟨tel-03003748⟩
Lien HAL: https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-03003748v1
Équipe
Doctorant: Thibault Desprez
Directeur de thèse: Pierre-Yves Oudeyer
Membres du projet Poppy Education contribuant au projet eFran : Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Didier Roy
Thibault Desprez 