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Faire de la robotique en classe a pour fonction d’intégrer l’usage de robots à des fins pédagogiques, quelles que soient les matières enseignées. Au début des années 70, la première version sous forme de robot physique de la Tortue de Papert voit le jour. Dès les années 80, d’autres robots font leur apparition et les études se multiplient (pour une revue complète de la littérature, voir Mubin, Stevens, Shahid, Mahmud, & Dong, 2013).

Papert (1981) défend l’idée qu’une personne apprend plus facilement lorsqu’elle est consciemment occupée à conceptualiser et construire des artefacts qui font sens pour elle, ce à quoi répond la robotique pédagogique. De plus, la robotique touche à l’aspect affectif de l’apprentissage; le robot pouvant être considéré comme un «objet de transition» [Papert, 1981 : 23].

Enfin, le recours à la robotique à l’école permet d’offrir aux élèves un côté ludique, ce qui a pour effet d’accroître leur motivation (Petre & Price, 2004; Rogers & Portsmore, 2004). Outre le renfort à l’apprentissage des disciplines traditionnelles, l’usage de la robotique en classe permet l’acquisition d’une plus grande autonomie de l’élève puisqu’elle le conduit à devoir identifier et formuler un problème, conceptualiser une solution, créer et tester la solution retenue et l’optimiser (Rogers & Portsmore, 2004). Cette approche permet le développement chez l’enfant des compétences « expérimentales » préconisées par le plan d’étude romand (PER, 2015a, 2015b).

L’un des objectifs de cette recherche est de comprendre comment l’objet «robot» en soi, sans explication, est approprié par l’utilisateur.

Est-ce que l’ergonomie et en particulier l’utilisabilité (Tricot et al., 2003) du robot permet par les informations disponibles d’extraire des affordances (James J. Gibson, 1977; James J. Gibson, 1979). Est-ce que les « affordances » que l’enfant doit « percevoir » pour allumer le robot sont moins «efficaces» que les explications données par l’enseignant sur le fonctionnement de l’objet « robot »? En d’autres termes, nous nous demandons si l’explication que donne l’enseignant pour l’allumage et la mise en action du robot induit chez l’enfant des actions plus adaptées que celles qu’il ferait sans avoir reçu d’explication.

Pour ce faire, nous avons créée deux groupes : le premier qui a reçu des explications sur l’allumage, le changement de programme, la validation d’un programme et l’extinction, le second qui n’a pas reçu d’explication. Nous avons mené une expérimentation auprès de deux classes d’enfants de 7 à 9 ans du même établissement scolaire. Ceux-ci étaient répartis par binômes soit 7 et 8 binômes par classe.

Thymio II est un petit robot mobile destiné à être utilisé par les enseignants des écoles primaires aux écoles supérieures. Il a été conçu en 2010 par des chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse [EPFL] (Kradolfer, Dubois, Riedo, Mondada, & Fassa, 2014)

Nos résultats montrent que tous les binômes sur toutes les tables ont réussi à allumer le robot après 15 à 20 secondes et qu’il n’y a pas de différence entre les groupes. Cela veut donc dire que le fait d’avoir reçu des explications et expérimenter l’allumage avant la phase de test n’a pas induit de meilleure performance que d’avoir « essayé » seul et sans explication. Ensuite pour activer un programme, tous les binômes ont réussi à le faire et à en activer au moins un. Comme pour l’allumage, on n’observe pas de différence entre les groupes qu’ils aient ou non reçu des explications préalables.

Pour tous, il n’y a pas de programme qui a été plus fréquemment sélectionné ni de différence entre le début, le milieu et la fin de la session [après 5,10 et 15 min]. De même, la durée nécessaire [environ une minute] pour rendre opérationnelle Thymio la première fois, n’est pas différente entre le deux groupes. Enfin, la seule différence observée concerne l’extinction où l’on constate que le groupe qui a reçu des explications et testé avant, a eu nettement moins d’essais infructueux [52% versus 20%].

Les analyses détaillées des vidéos de 15 binômes d’enfants qui expérimentent le fonctionnement du robot Thymio montrent qu’il n’y a pas de différence de temps, de performance ou de compréhension entre les élèves qui ont reçu des explications et ceux qui n’en ont pas eues. Nous pouvons en déduire que les affordances des actions possibles avec le Thymio sont suffisantes pour ne pas avoir besoin d’explications complémentaires. De plus, les explications données par l’enseignante, si elles sont utiles pour rassurer les élèves et leur donner une piste pour commencer l’exploration, ne permettent pas aux élèves concernés d’être plus performants. En est-il de même pour des tâches plus complexes comme la compréhension des différents comportements programmés du Thymio ?

Positionnement Scientifique

Notre contribution étudie comment des enfants s’approprient le fonctionnement d’un objet numérique particulier, le robot Thymio II.

D’un point de vue théorique, cette recherche s’inscrit à l’intersection de trois domaines ; la pédagogie en étudiant l’impact d’une consigne, de l’affordance d’objet numérique dans le domaine de la psychologie des perceptions et enfin de l’ergonomie de l’objet « robot ».

Pour ce faire nous avons mis en oeuvre une recherche expérimentale qui a pour but de comparer l’appropriation par des binômes d’enfant (de 7 et 9 ans) du robot, un groupe ayant reçu des explications sur le fonctionnement du Thymio, l’autre pas. Un groupe est composé de l’ensemble des élèves d’une classe qui passe simultanément les différentes phases de la prise de donnée. Ils sont répartis en binôme sur des tables munies d’une caméra.

Pour mesurer les différences de comportement, nous avons filmé durant 20’ les interactions de chaque binôme avec le robot. Une analyse détaillée du déroulement de la séquence a permis de connaître à chaque instant les interactions entre les enfants et l’objet numérique.

Remerciements

Les données de cette recherche sont issues d’un subside “NCCR Robotics” obtenu grâce à une collaboration avec le Prof. Francesco Mondada du laboratoire de Systèmes Robotisés (LSRO) de l’école polytechnique de Lausanne (EPFL). Nous tenons également à remercier vivement Mmes Gaëlle Serquet et Sandrine Roche Duchesne pour leurs participations actives à cette recherche.

Bibliographie

• Gibson, J. J. (1977). The Theory of Affordances. In R. Shaw & J. Bransford (Eds.), Perceiving, Acting, and Knowing. Towards an Ecological Psychology (pp. 127–143). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc.
• Gibson, J. J. (1979). The ecological approach to visual perception. Boston: Houghton Mifflin Company.
• Kradolfer, S., Dubois, S., Riedo, F., Mondada, F., & Fassa, F. (2014). A Sociological Contribution to Understanding the Use of Robots in Schools: The Thymio Robot. Paper presented at the International Conference on Social Robotics 27th – 29th October 2014, , Sydney, Australia.
• Mubin, O., Stevens, C. J., Shahid, S., Mahmud, A. A., & Dong, J.-J. (2013). A Review of the Applicability of Robots in Education. Technology for Education and Learning, 1(1). doi: 10.2316/Journal.209.2013.1.209-0015
• Papert, S. (1981). Jaillissement de l’esprit, ordinateurs et apprentissage. Paris: Flammarion.
• PER. (2015a). MSN 25 — Représenter des phénomènes naturels, techniques, sociaux ou des situations mathématiques….Retrieved 5 mars, 2015, from http://www.plandetudes.ch/web/guest/MSN_25/
• PER. (2015b). MSN 26 — Explorer des phénomènes naturels et des technologies à l’aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales….   Retrieved 5 mars, 2015, from http://www.plandetudes.ch/web/guest/MSN_26/
• Petre, M., & Price, B. (2004). Using Robotics to Motivate ‘Back Door’ Learning. Education and Information Technologies, 9(2), 147-158.
• Rogers, C., & Portsmore, M. (2004). Bringing Engineering to Elementary School. Journal of STEM Education, 5(3 and 4), 17-28.
• Tricot, A., Plégat-Soutjis, F., Camps, J.-F., Amiel, A., Gladys, L., & Morcillo, A. (2003). Utilité, utilisabilité, acceptabilité: interpréter les relations entre trois dimensions de l’évaluation des EIAH Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain. Strasbourg.

Plus d’infos sur la programme du colloque scientifique sur www.ludovia.org/2015/colloque-scientifique

A propos des auteurs : Morgane Chevalier et Bernard Baumberger