L’apprentissage par la robotique : vers une robotique éducationnelle constructiviste ?

Texte de : Cécile DOLBEAU-BANDIN, Enseignante-chercheure à l’UniCaen, Membre de l’IERHR

Introduction

En France, l’intégration de la robotique dans l’enseignement fait partie du « plan pour le numérique à l’école »[1] pour aborder notamment des notions d’informatique et sensibiliser les élèves à la programmation. Pour les initier à la robotique, des kits robotiques de construction et de programmation sont proposés (NXTT, Légo Wedo, Dash and Dot, Robotis Dream, Moss, Scribber 2, Cubelets, projet IniRobot : Thyméo II associé au site Dessine-moi un robot et Poppy) et adaptés à chaque enfant de la maternelle à l’enseignement supérieur. Des études récentes montrent l’apport de cet apprentissage (Roy (2016), Germain (2016), Gaudiello (2015), Oudeyer (2014), Gaudiello & Zibetti (2013), Alimisis (2013), Chevalier (2013), Bell (2010), Rusk & Resnick (2008)) comme vecteur pédagogique pour appréhender et appliquer les notions de mécanique, électronique ou programmation informatique. Mais qu’en est-il de cet apprentissage par la robotique dans les centres extrascolaires ?

Nous souhaitons ici étudier les transformations façonnées et impactées par l’apprentissage de la robotique dans des structures extrascolaires tels que les centres de loisirs. Notre problématique est celle-ci : en quoi et comment l’apprentissage par la robotique favorise et renouvelle l’acquisition de connaissances et compétences transversales (sociales, cognitives, affectives) et stimule la motivation, la créativité et la coopération ? Avant de continuer ce travail, il est important de définir ce qu’est la robotique éducationnelle (RE). Nous nous basons sur la définition proposée par Gaudiello & Zibetti (2013) :

La robotique éducationnelle (RE) vise à introduire au sein de l’école une gamme technologique d’intelligences artificielles incarnées (robots humanoïdes, animats4, robots évolutifs, kits robotiques). Son but est de favoriser et renouveler l’enseignement du côté des éducateurs et l’apprentissage du côté des élèves. (Gaudiello & Zibetti, 2013, p.2)

Nous choisissons un objet d’étude : l’atelier robotique dans une MJC de la ville de Caen (Normandie) du 8 août au 12 août 2016 lors d’un temps extrascolaire. Notre enquête qualitative combine trois techniques de recueil de données :

  • l’observation non-participante de l’atelier robotique (cinq séances de 3h00) ;
  • des entretiens individuels semi-directifs « centrés » auprès du directeur de la MJC, du directeur de la MJC lors de la période estivale, de la responsable de Planète Sciences Normandie et de l’animateur-scientifique de l’atelier ;
  • des entretiens collectifs non-directifs « centrés » auprès des enfants.

L’analyse thématique consiste à classer le discours dans les catégories s’imposant à nous par la lecture répétée des entretiens et nous classons ce même discours dans des catégories en répondant à notre corps d’hypothèses. Suite à ces créations de catégories, nous comparons les différentes réponses et tentons de les corréler.

Dans une première partie, nous présentons notre objet d’étude dans un contexte extrascolaire.

Dans une deuxième partie, nous exposons nos premiers résultats concernant l’apprentissage par la robotique dans une structure extrascolaire.

Cette recherche dite communicationnelle est d’apporter une compréhension globale de la robotique et de ses divers enjeux en milieu extrascolaire.

Présentation et description de l’objet d’étude

Une MJC[2] de la ville de Caen

Cette MJC[3] accueille des enfants à partir de 2 ½ ans (scolarisé) jusqu’à 17 ans et propose des activités hebdomadaires de loisirs (éveil corporel, initiation jazz, éveil musical, anglais…). Elle se compose de 31 contrats permanents dont 16 équivalents, de 50 intervenants et 60 animateurs volontaires. Un directeur gère l’ensemble des cinq pôles de la MJC : enfance et jeunesse (une directrice), un centre social (un responsable, une animation de quartier (un responsable), des ateliers hebdomadaires (directrice adjointe) et des rythmes scolaires ; et les équipes techniques (entretien). Cette MJC[4] propose un atelier robotique pour la période estivale à des enfants de 8 à 12 ans. Cet atelier robotique est aussi proposé depuis 2014 pour les TAP[5] (Temps d’Activité Périscolaire)[6] et depuis 2015 pendant les vacances avec le concours de Planète Sciences.

Planète Sciences Normandie

Depuis 1962, Planète Sciences est une association à but non-lucratif organisée en réseau comportant 11 délégations régionales. Elle comporte 1 000 bénévoles et 80 permanents. Elle a pour objectifs de favoriser (auprès des jeunes de 8 à 25 ans) l’intérêt, la découverte, la pratique des sciences et des techniques. Planète Sciences intervient dans différents cadres (des écoles primaires, secondaires, l’enseignement supérieur, des clubs, des centres de loisirs et de vacances), dans les quartiers, d’événements auxquels elle participe (la Fête de la Sciences) ou qu’elle organise seule ou en partenariat (les Trophées de robotique, la Nuit des étoiles ou le C’Space). Planète Sciences réalise souvent ses activités dans le cadre de partenariat. Planète Sciences Normandie dispose de 10 bénévoles et trois salariés et demi et propose plusieurs thématiques dont le développement durable, l’astronomie, l’électricité, l’espace, la police scientifique, autour de la lumière, la cuisine moléculaire, le laboratoire photographie et la robotique. Cet atelier est proposé depuis la création de l’association (2002). Le retour est positif de la part des enfants et des parents.

L’animateur-scientifique

L’animateur-scientifique passe son brevet professionnel de la jeunesse, de l’éducation populaire et du sport (BP JEPS) pour exercer le métier d’animateur dans une association ou une entreprise. Il est en stage à Planète Sciences Normandie depuis 12 mois. C’est la dixième fois qu’il anime et encadre cet atelier. Au cours de ces cinq séances, il lance des défis, présente le planning des séances, rappelle les règles de sécurité notamment lors de l’usage du fer à souder et du pistolet à colle, explique, montre, illustre et répond aux nombreuses questions des enfants.

L’atelier robotique

L’objectif de cet atelier est de construire un robot-voiture à l’aide d’un kit. Il comprend cinq séances de 3h00. Le fonctionnement de l’atelier s’articule autour d’un animateur-scientifique et du Kit Opitec Hobby Fix. L’animateur installe le matériel sur une grande table. Tout au long de cet atelier, il donne des explications courtes, inclue des problèmes de complexité croissante en termes de construction et réflexion, soutient et encourage les enfants à trouver une ou plusieurs solutions. Par exemple, cet animateur utilise des schémas et des débriefings tout au long des activités de résolution de problèmes pour les aider à faire le lien entre l’expérience et les notions acquises. L’objectif est de mettre en œuvre l’activité robotique en toute sécurité avec les jeunes de manière ludique et expérimentale. Il n’y a pas de programmation pour cet atelier.

Les enfants

Les enfants sont au nombre de neuf enfants dont deux filles (Adé et S) et sept garçons (Adr, C, G, M, L, Th et Ti). Ils ont de 8 ½ à 12 ½ ans. Certains se connaissent déjà puisqu’ils fréquentent le même groupe scolaire. Ce sont leurs parents qui leur proposent ce stage et ils se déclarent tous passionnés de technologies et en particulier de robotique. Pour eux, les robots possèdent un moteur et sont capables de se mouvoir, télécommandés, composés des pièces mécaniques assemblées, marchant à l’électricité, construits par des hommes pour les aider au quotidien, pour améliorer la vie de l’homme et pour découvrir la science. Deux enfants insistent sur leur ressemblance avec un homme qui utiliserait l’intelligence artificielle. Une enfante (la plus âgée) explique aux autres enfants que les robots sont déjà là et mentionne la présence dans nos maisons de robots cuisine, robots tondeuse, robots aspirateur… La majorité des enfants pensait construire ensemble un robot humanoïde c’est-à-dire un petit robot humanoïde avec des bras et des jambes. Deux autres s’attendaient à cet atelier puisque qu’une avait fait de la robotique avec l’association Les p’tits débrouillards et une autre avait entendu parler de cet atelier par d’autres camarades.

Les cinq séances de l’atelier

L’atelier s’est déroulé sur cinq séances d’une durée de 4h00. Les tâches à effectuer sont présentés aux enfants par l’animateur-scientifique selon une procédure élaborée par Planète Sciences en début de chaque séance. Nous décrivons ici ces cinq séances :

  • Séance 1 : apprentissage de l’électricité, les circuits, les conducteurs et l’interrupteur : avant, le début de la séance, l’animateur prépare la salle et installe le matériel dont une nappe aux couleurs de Planète Sciences. Il se présente, fait l’appel et présente les cinq séquences de cet atelier. Il demande aux enfants de constituer des groupe de trois (4 groupes de trois et un groupe d’une). Il distribue une pile, des câbles pince crocodile et une ampoule. Les enfants travaillent ensemble et questionnent constamment l’animateur-scientifique. Celui-ci dessine sur une feuille de papier les différents circuits électriques. Les élèves réalisent un montage permettant d’allumer une ampoule avec une pile plate, une douille et trois fils. Une fois l’allumage constaté, le circuit est ouvert entre deux des fils électriques. Les élèves doivent rallumer l’ampoule en assurant le contact entre les extrémités des deux fils à l’aide de différents objets. Les élèves sélectionnent une série d’objets en déterminant leurs hypothèses : d’un côté ceux qui permettront l’allumage (conducteurs) et de l’autre ceux qui ne le permettront pas (non conducteurs ou isolants). Ils testent à l’aide d’un voltmètre si les objets sont conducteurs ou pas. À partir du dispositif donné par l’animateur (pile, ampoule et voltmètre), ils vont tester divers objets et dresser la liste des matériaux qui conduisent l’électricité. À la fin, il leur explique : « dans les matériaux, il y a des particules minuscules immobiles appelées électrons. Si on réalise un circuit électrique fermé de matériaux conducteurs avec une pile, alors les électrons se mettent à avancer dans le même sens : c’est le courant électrique. Certains matériaux ne permettent pas le passage du courant électrique : ce sont des isolants. Les matériaux conducteurs sont essentiellement des objets métalliques (mais pas toujours !)» Ainsi, ils effectuent une distinction entre conducteurs et isolants électriques.
  • Séance 2 : fabrication d’un interrupteur et montage du kit Opitec HobbyFix, 224-105[7], Kit-moto-réducteur (mécanique) : l’animateur- scientifique débute la séance par un bilan : « qu’avez-vous appris hier ? Vous avez fini vos interrupteurs. Maintenant, il faut inverser le sens du courant. Avez-vous compris ?» Ensuite, les enfants doivent fabriquer un interrupteur avec des bandelettes de carton, des câbles, des attaches parisiennes et des trombones. L’animateur fait un patron d’interrupteur marche/arrêt et avance/recule. Lors de cette séance, il se déplace et pose des questions aux enfants. Il rappelle que : « les robots ont des moteurs pour avancer. » Les enfants réfléchissent à ce qui peut faire avancer un véhicule en formulant des hypothèses diverses. Parmi les diverses réponses des enfants : « il faut de l’énergie, des roues, des piles, une télécommande et un moteur ». Le câblage fait par une enfant sert de modèle aux autres enfants. L’animateur s’assure qu’il n’y a pas de problème de montage causant un dysfonctionnement de l’objet voire un court-circuit. Ensuite, il distribue à chaque enfant un kit de construction Opitec HobbyFix[8], 224-105, Kit-moto-réducteur avec la liste des pièces (moteur, axe en métal, écrous…), une notice et des possibilités de montage et deux roues plastiques monoblocs. La base du moteur (les deux équerres en plastique jaune) est très simple et pratique à fixer par deux vis ou à coller au pistolet à colle. Les enfants lisent et appliquent la notice (moteur, engrenages), appliquent les apprentissages abordés lors de l’initiation à l’électricité. L’animateur vérifie leur montage. L’animateur leur demande de choisir un modèle parmi les six proposés par la notice. Ils construisent seuls leur moteur en mettant les équerres, les engrenages blancs et rouges. Chaque enfant fait son robot-voiture. Ce kit permet six possibilités de montage, chacune avec des réductions différentes en fonction du nombre et de la taille des engrenages utilisés. Une fois les kits montés, les enfants testent les six modèles et essaient de comprendre pourquoi certaines robots-voitures vont plus vite que d’autres. Un enfant est en retrait et a une attitude attentiste. L’enfant Ti a fini le premier son montage et fait l’essai avec deux roues. À la fin de la séance, ils testent les robots-voitures lors de mini-défis dans la salle et constatent que plus il y a d’engrenages, moins elles vont vite. Ils font la conclusion provisoire que c’est le modèle n°3 qui va plus vite que les autres. Ils s’aperçoivent que plus il y a d’engrenages, plus il fait de bruit. L’animateur fait le point avec les enfants et clôture la séance : « donc, c’est le numéro 4, le plus rapide. Il explique pourquoi il y a de telles différences avec la vitesse des robots-voitures. Le i est un facteur de démultiplication. »
  • Séance 3 : conception et réalisation de la télécommande : il y a plusieurs postes de travail (découpe/soudure/collage et réflexion) dans la salle. L’animateur rappelle les règles de sécurité et distribue une feuille et un crayon pour réfléchir à un nouveau défi. Les enfants doivent fabriquer une télécommande qui tient dans la main, avec un support pour la pile, la pile peut être enlevée facilement avec un interrupteur marche/arrêt et un interrupteur avance/recule. Une enfant (Adé) est absente. Ils travaillent à nouveau en équipe. Ils sont tous autour de la table et d’autres peuvent découper à l’aide d’un cutter sur une autre table. Ils posent des questions et demandent du matériel. Avec du carton, ils fabriquent l’interrupteur et la télécommande où ils vont insérer le support de la pile. Ensuite, ils collent les parties nécessaires avec un pistolet à colle. Ils vont souder les fils avec un fer à souder. Chacun fait son montage. L’animateur fait un modèle, aide les enfants, répond à leurs questions et explique les termes scientifiques avec des mots simples et des exemples concrets. Les enfants travaillent en semi-autonomie. Chacun évolue à son rythme. Un enfant reste en retrait. Un a fini le premier. L’animateur fait des schémas, explique, reformule et favorise le travail collaboratif entre les enfants. Un enfant interroge l’animateur : « un robot en colère, on ne sait pas comment il va réagir. Est-ce qu’il sera violent ?» (L). L’animateur-scientifique lui répond ceci : « un auteur de science-fiction propose trois lois. Un robot ne peut blesser un être humain ni, par son inaction, permettre qu’un humain soit blessé. Il doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la Première Loi et il doit protéger sa propre existence aussi longtemps qu’une telle protection n’est pas en contradiction avec la Première et/ou la Deuxième Loi. »
  • Séance 4 : finition de la télécommande (câblage) : il refait le point et rappelle les règles de sécurité. Il explique à Adé ce qui s’est passé hier. Les enfants reprennent leur poste de travail et posent des questions sur les fils (soudure, longueur) et les mouvements du robot. L’animateur leur montre, leur explique, répond à leurs questions, leurs demandes et gère les différents postes. Ceux qui finissent leur soudure, peuvent ensuite créer la carrosserie et décorer leur robot-voiture. L’animateur les incite à la créativité. Les enfants découpent, collent les éléments de la carrosserie et personnalisent leur véhicule. Nous notons que deux des enfants sont très dépendants de l’animateur. Ils ont besoin d’aide, que l’animateur fasse le collage et les soudures. On note de plus en plus d’entre-aide entre les enfants. En général, les enfants demandent de l’aide à celui qui a fini le premier. Deux enfants ont une attitude attentiste et deux autres jouent.
  • Séance 5 : création d’une carrosserie, décoration personnalisée et dernière vérification du robot-voiture : les enfants décorent leur robot-voiture à l’aide de carton, de paille et de bouchons en plastique. Certains le décorent de façon minimaliste et trois s’appliquent plus (gommettes…) : «je vais faire un camion de pompier pour mon petit frère » (Adé), « je vais une voiture de course et je la laisse comme ça pour ne pas l’alourdir » (Ti) et « moi, je vais faire une voiture familiale avec 5 sièges. » (S) Quatre ont fini et jouent entre la salle et le couloir. Trois continuent à décorer leur voiture. Pendant, ce temps l’animateur crée un robot-voiture avec deux moteurs et ensuite range seul la salle. À la fin de l’atelier, l’animateur vérifie chaque robot-voiture. À la pause les enfants vont tester leur robot-voiture dans les cailloux et l’emporter chez eux. Ce dernier atelier est peu encadré. Lors de la pause, l’animateur fait le point sur ces cinq séances et interrogent les enfants sur ce qu’ils ont aimé ou pas. Lors de ces cinq séances, le terme de robot est peu évoqué.

Résultats d’analyse

L’analyse des entretiens fait émerger trois thèmes correspondant à nos hypothèses initiales. Cette analyse se fait sur l’ensemble des productions verbales des différents répondants retranscrites de manière littérale. À chaque thème, nous regroupons les données sous forme de deux tableaux découpés en sous-catégories créées pour répondre à nos hypothèses. Nous comparons ensuite les différentes réponses et les corrélons.

Ici, l’investigation scientifique favorise la pédagogie constructiviste (Beaufils, 1993 ; Mommon, 1986). Le kit de construction, les documents écrits, les schémas et les modèles proposés constituent les supports pédagogiques. Les compétences visées sont d’ordre intellectuel, méthodologique (culture scientifique et technologique), personnel (autonomie, initiative) et de la communication (s’exprimer à l’oral). Cet atelier privilégie aussi l’inventivité et la créativité, les questions des élèves et la dynamique de groupe. Les enfants progressent par essais/erreurs pour atteindre l’objectif et dépassent la simple acquisition de savoirs tout en acquérant des compétences transversales (Espinosa et ali., 2016) :

Animateurs/Enfants Verbatim Catégorie
animateur scientifique Ils apprennent l’électricité, les circuits, la mécanique, la soudure, le collage, le cutter et les règles de sécurité tout en s’amusant compétences

scientifiques

technologiques

cognitives

méthodologiques

personnelles

communicationnelles

sociales

dynamique de groupe

directeur de la MJC Les retours de la part et des enfants est positif. Lors de l’inscription, les enfants sont volontaires
responsable Planète Sciences Normandie Nous avons un protocole commun à toutes les délégations reposant sur la démarche expérimentale. Nous avons pour souhait que les enfants testent, en tirent des hypothèses et des conclusions
animateur scientifique Nous avons abordé des notions d’électricité avant de construire un robotvoiture à l’aide d’un kit (châssis, moteur, interrupteur, roues…), d’une télécommande et de réaliser une carrosserie personnalisée
responsable de Planète Sciences Basé sur la pratique, cet atelier permet de solidifier et de revoir ou de découvrir des notions en électricité et mécanique
animateur scientifique Cet atelier ne nécessite aucune connaissance particulière et aborde les bases de l’électricité et de la mécanique pour des projets robotiques simples
animateur scientifique Réalisez des robots, c’est un excellent moyen de comprendre la mécanique et les systèmes d’engrenage
animateur scientifique Là, ce qu’ils font c’est autre chose. C’est un robot sur roues
animateur scientifique Il faut qu’ils aient du plaisir à le faire, à comprendre et à construire. Ils ont une semaine pour construire un robot-voiture qui avance et recule.

Tableau 1. Émergence d’une robotique éducationnelle

Notre deuxième constat est que les enfants développent des capacités de travail en équipe (demande d’aide, soutien, gestion de groupe, dynamique de groupe, coopération, résolution de problèmes). Il existe aussi un fort accompagnement de la part de l’animateur-scientifique dans le déroulement de l’activité aux travers des explications et des modèles :

Animateur/Enfants Verbatim Catégorie
animateur-scientifique Ils s’entre-aident pour cet atelier Coopération

travail collaboratif

faire ensemble

comprendre ensemble

réfléchir ensemble

mutualisation de certaines activités

écoute mutuelle

accompagnement

coopérative

Ti J’aime bien aider les autres
Ti Est-ce que je peux avoir la pince T-Rex ?
Sa Est-ce que tu peux m’aider à finir la soudure ?
C Peux-tu tenir/donner le pistolet à colle ?
Th Peux-tu me passer et tenir les câbles quand je soude ?
Sa Les fils, je les fais partir de là ?
G C’était bien. Mais, je n’aime pas échouer
Th Je n’aime pas utiliser le pistolet à coller
C Un peu rageant quand ça ne fonctionne pas. Stéphane m’aide
Adr J’aime tout : réfléchir, faire seul, chercher, construire. Mais, je n’aime pas utiliser le fer à souder seul
Th Je n’aime pas utiliser le fer à souder sans aide
Ti Je suis un peu déçu par le dernier jour. Je n’avais rien à faire mais j’ai beaucoup aidé les autres
M J’aime tout et surtout construire le robot avec mon copain

Tableau 2. Émergence d’un travail et d’une pédagogie coopératifs

L’apprentissage par la robotique : vers une robotique éducationnelle constructiviste ?

L’étude récente menée par Gaudiello & Zibetti sur la robotique en contexte éducatif montre trois applications pédagogiques concrètes :

L’apprentissage de la robotique qui implique l’utilisation du robot en tant que support pour apprendre la robotique (c’est-à-dire la mécanique, l’électronique et l’informatique) à travers des activités pratiques collaboratives […] ; L’apprentissage avec la robotique qui repose sur l’interaction entre les jeunes apprenants et un robot humanoïde ou animoïde qui recouvre le rôle de compagnon pour les apprenants ou d’assistant pour l’enseignant […] et l’apprentissage par la robotique qui implique l’usage de kits robotiques de construction et de programmation. La finalité éducative est l’acquisition de connaissances et compétences liées à une matière scolaire précise (mathématiques, sciences, technologie). Son dessein éducatif repose également dans l’acquisition de compétences transversales (résoudre des problèmes, communiquer, prendre des initiatives, etc.) et dans le développement des facultés cognitives, métacognitives et sociales des élèves à travers la planification, l’esprit critique, le travail collaboratif, la confiance en soi, etc. (Gaudiello & Zinetti, 2016, para. 2)

C’est bien la dernière application que nous observons lors de notre étude : les enfants utilisent un kit robotique pour s’initier à la robotique. L’animateur-scientifique en leur lançant à chaque séance des défis les laisse réfléchir en groupe et à formuler des hypothèses. Ici, l’apprentissage par la robotique encourage le développement des compétences cognitives (consultation d’un document écrit (notice du kit), écoute (animateur, les enfants), réalisation de croquis (câblages), métacognitives (observation, hypothèses), affectives (volontariat, engagement des enfants) et sociales (gestion des distorsions au sein des groupes) (Alimisis 2013, Gaudiello 2015). C’est bien ce que nous observons lors de notre étude : ces neuf enfants consultent la notice du kit, apprennent à restituer les consignes, dessinent leur câblage, s’entre-aident, s’expriment à l’oral, émettent des hypothèses, vérifient ensemble leurs hypothèses, communiquent avec l’animateur et entre-eux, pratiquent une démarche scientifique (observer, questionner, expérimente.) et s’impliquent en montrant de la persévérance, de la constance et du plaisir (Alimisis, 2013, Linvingstone, 2009).

Ce qui suscite l’intérêt avec les kits robotiques constructibles, c’est bien leur visée d’outil avec lequel on pense (Resnick et al., 1996). Effectivement, ici l’animateur-scientifique utilise la démarche expérimentale qui est généralement découpée en cinq séquences : l’observation d’un phénomène quelconque est généralement formulé sous forme d’une question, l’hypothèse envisagée à la question formulée, l’expérimentation mise en place d’une expérience devant permettre de confirmer ou d’infirmer l’hypothèse émise, les résultats obtenus nécessitent parfois des mesures complémentaires de la même expérience, l’interprétation est l’analyse et critique des résultats pouvant aboutir à une conclusion ou à une nouvelle expérimentation et la conclusion générale prenant en compte toutes les expériences et les résultats obtenus. Alimisis dans une étude récente (2013) souligne et démontre qu’un atelier robotique peut être « un excellent outil pour les enfants d’avoir des expériences d’apprentissage constructivistes » (Alimisis, 2013, p.2).

L’étude récente de Gaudiello & Zibetti le montre :

Le constructionnisme et le constructivisme soulignent le fait que l’acquisition de connaissances n’est pas une simple question de transmission, d’internalisation ou d’accumulation de savoirs, mais plutôt une question d’engagement actif de l’apprenant dans la construction des connaissances à partir de l’expérience concrète et des informations fournies par l’enseignant (Zinetti, 2013, p.23)

Ici, l’animateur-scientifique prône et valorise l’apprentissage progressif et actif où les enfants co-construisent leur savoir en alternant des phases d’activités pratiques (découpe, collage, soudure) et de pensée abstraite (hypothèses, test) leur permettant d’organiser les nouvelles connaissances (Alimis 2013, Gaudiello 2015) nécessaires à leur projet. L’étude récente de Zibetti & Gaudiello (2016) aborde une approche similaire, l’approche ISBE (Inquiry Based Science Education) :

L’IBSE préconise un apprentissage basé sur la recherche et l’expérimentation qui puise sa philosophie dans les principes fondateurs de la théorie constructiviste. Cette dernière prône un apprentissage progressif et actif, où les élèves construisent leur savoir en alternant des phases d’activités pratiques et de pensée abstraite qui leur permettent d’organiser les nouvelles connaissances dans des schémas mentaux indispensables pour une prise de conscience de ses propres apprentissages […] L’IBSE préconise un apprentissage basé sur la recherche et l’expérimentation qui puise sa philosophie dans les principes fondateurs de la théorie constructiviste. (Zibetti & Gaudiello, 2016, para 4.)

Notre étude corrobe les recherches menées par l’équipe Flowers de l’Inria. Ainsi, Didier Roy, Thomas Guitard et Pierre-Yves Oudeyer créent IniRobot destiné à la découverte de la robotique et de la programmation à l’école primaire et lors des activités extrascolaires. Depuis, cette expérimentation des milliers d’enfants et d’adultes utilisent Inirobot. Ce kit libre utilise le robot Thymio développé à l’EPFL (Lausanne). Lors d’un temps d’accompagnement périscolaire (TAP) à Lille et à Talence, cette équipe étudie l’impact du robot dans les apprentissages extrascolaires. Lors de missions scénarisées, les enfants mènent leurs investigations par groupe de trois, formulent des hypothèses à vérifier, progressent en les infirmant ou en les confirmant et en débattent. Les enfants n’ont pas besoin d’un background spécifique et portent ensemble les difficultés rencontrées. Les résultats de cette étude montrent que la robotique peut avoir un impact sur l’acquisition de connaissances et compétences en sciences du numérique, permet de travailler des compétences transversales (sociales, cognitives, affectives) et de stimuler la motivation, la créativité et la coopération. Les résultats de cette étude montrent que la robotique peut avoir un impact sur l’acquisition de connaissances et compétences transversales (sociales, cognitives, affectives) et stimule la motivation, la créativité et la coopération. Ainsi, l’apprentissage par la robotique observé ici encourage un fonctionnement commun entre le monde de l’expérience et celui des idées (Lebrun, 2016).

De la robotique au plaisir d’apprendre et construire ensemble

Notre étude montre un impact positif notamment sur la dimension affective (volontaires, appréciation du projet, désir de s’engager dans la réalisation de ce projet) et sociale (communiquer, échanger, discuter, argumenter, collaborer, s’entre-aider, organiser un travail de groupe) (Lebrun, 2016). L’aspect ludique de cet atelier renforce l’intérêt des enfants. Ils développent des compétences comme le raisonnement scientifique, l’observation et la formulation d’hypothèses. Nous constatons que les enfants sont curieux, désireux d’exprimer leur point de vue, attentifs à leurs pairs, avides de questions et constants dans leur attitude (Zibetti & Gaudiello 2016). Notre observation et analyse relève une forte motivation, un fort plaisir d’apprendre et un engagement accru des enfants (Livingstone, 2009). Lors d’un colloque, D. Roy (2016) mentionne le cas d’une petite fille « ancrée dans son rôle de misère scolaire » (Roy, 2016) et qui a trouvé le meilleur algorithme de sa classe. Les travaux de Livingstone 2009 montrent que les enfants sont plus intéressés par l’apprentissage de nouveaux concepts quand on utilise les TICE et les applique lors de travaux pratiques. Ces travaux montrent aussi que l’usage bien pensé d’outils et de ressources pédagogiques numériques rend les enseignements plus stimulants, plus attractifs et augmente la motivation, l’activité et l’engagement des élèves dans leurs apprentissages (Livingstone, 2009). Ici, cet atelier basé sur la démarche expérimentale permet de renouveler et de diversifier les pratiques pédagogiques qui deviennent de plus en plus attractives, interactives et mieux adaptées aux besoins de chaque élève. Il permet aussi le travail collaboratif dans des logiques de projets où les élèves construisent ensemble quelque chose.

La robotique fait appel à une pédagogie coopérative, les enfants apprennent avec l’adulte et avec les autres enfants. Les défis et la mise en place d’objectifs individuels ou collectifs accroissent la motivation des élèves et renforcent leur confiance, la curiosité et l’envie d’apprendre et de comprendre ensemble. L’étude récente de Tisseron (2012) le démontre :

Avec les écrans, apparaît l’idée d’une « intelligence globale » et d’un partage en temps réel des connaissances. Alors que la culture du livre se caractérise par l’association d’un livre, d’un crayon et d’un cahier par élève, la culture numérique est celle du travail en réseau. C’est pourquoi il serait absurde de vouloir introduire un écran par enfant. Les écrans doivent être d’abord un espace de co-réflexion et de co-construction dans un effort de s’écouter et de se comprendre, sous peine de se transformer très vite en outil de retrait du monde. En primaire et en début de collège, la règle doit être d’un écran pour trois ou quatre enfants, et absolument pas d’un écran par enfant. C’est dans le travail mené par plusieurs face à un seul écran que les enfants intériorisent les règles du travail en réseau qu’ils mettront ensuite en pratique quand ils se retrouveront seul face à un écran. (Tisseron, 2012, p.1)

Cette réflexion sur la culture des écrans à l’écran s’applique parfaitement à l’apprentissage par la robotique, l’étude de Zibetti & Gaudiello le montre :

L’intégration de la robotique à l’école est envisageable lorsqu’elle est « orchestrée » au sein d’une approche pédagogique adaptée aux enfants […] Elle permet de stimuler une réelle transformation dans la façon d’enseigner et d’apprendre, basée à la fois sur la co-construction des connaissances, des compétences et des attitudes des élèves. (Zibetti & Gaudiello, 2016 para. 5)

La robotique éducationnelle favorise bien « la négociation entre enfants sur la nature et l’organisation des actions et événements de l’histoire » (Mandin, 2016). L’apprentissage par la robotique ne peut et ne doit pas être considéré comme une fin en soi (Zibetti, 2013). Ainsi, le rôle de l’animateur ou de l’enseignant est primordial pour favoriser l’émergence d’une connaissance collective (Zibetti, 2013). L’étude récente de Mandin (2016) explique que l’insertion de la robotique éducationnelle au sein de séquences pédagogiques et le soutien aux élèves reviennent à des professionnels formés capables de les proposer à leurs enseignements en fonction de leurs besoins. Distribuer des kits robotiques de construction et de programmation à l’école ou lors d’activités extrascolaires ne suffit pas et ne suffira pas ! L’animation ou/et l’encadrement d’un atelier ou/et d’une classe sur la robotique est primordiale.

Conclusion

L’objectif est d’examiner les usages qui pourraient être faits d’un tel système en classe de primaire dans un cadre extrascolaire dans le cadre de séance de 4h00. Lors d’activités extrascolaires et périscolaires, ce cadre souple et ludique favorise le travail collaboratif et la créativité (Roy, 2016). Cet apprentissage par la robotique permet l’expression des élèves, expose les enfants à la conception de la mécanique et de l’électronique, l’investissement des élèves dans un projet innovant, la démarche de projets, le travail de groupes, amplifie le plaisir d’apprendre à travailler ensemble autour de défis et le processus créatif (Roy, 2016). Nous tenons à souligner que notre objet d’étude est une monographie. Il serait intéressant d’étudier la situation et dans d’autres structures extrascolaires et dans d’autres pays pour obtenir des éléments de comparaison.

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[1] Se reporter http://ecolenumerique.education.gouv.fr/plan-numerique-pour-l-education/

[2] Une MJC (Maison de la Jeunesse et de la Culture) est une structure associative animant et gérant un équipement en collaboration avec la municipalité et les associations locales. C’est un lieu de rencontre entre personnes de tous horizons, de tous âges, sans aucune discrimination.

[3] Source : http://caen.fr/adresse/mjc-venoix

[4] La MJC répond à une demande de la municipalité caennaise c’est-à-dire de proposer des ateliers spécifiques ayant pour objectif la découverte de la robotique.

[5]dossier reforme

[6] La loi de 2013 sur les rythmes scolaires (MEN, 2013) vise la réussite de tous les élèves à l’école primaire, notamment par une meilleure articulation des temps scolaires et extrascolaires. Des activités d’ouverture culturelle, de création artistique, sportives ou de bien-être sont proposées aux enfants (Espinosa, 2016).

[7] Source : http://fr.opitec.com/opitec-web/articleNumber/224105 : « description du produit : Kit motoréducteur avec équerres plastiques. Ce kit permet le montage d’innombrables variations d’engrenage avec roues dentées module 0,5. Transmissions possibles : de 5:1 à 28125:1. Fixation rapide et aisée sur tous les supports grâce à des fentes disposées dans les équerres. Consommation électrique: 350-500 mA, tension : 1,5-4,5 V. Moteur RE 140 (R 20) et de nombreuses possibilités de montage inclus. »

Résumé : Cet article analyse les transformations façonnées et impactées par l’apprentissage de la robotique dans des structures extrascolaires tels que les centres de loisirs. L’objet d’étude est un atelier robotique dans un centre de loisirs caennais (Normandie) du 8 août au 12 août 2016. L’enquête qualitative combine trois techniques de recueil de données. Cette recherche dite communicationnelle est d’apporter une compréhension globale de la robotique éducationnelle et de ses divers enjeux en milieu extrascolaire.

Cinq mots clés : robotique éducationnelle. Apprentissage par la robotique. Kits robotiques de construction. Innovation pédagogique. Milieu extrascolaire.