Activité 4 - Comment mettre en œuvre des activités de robotique à l'école ?

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Les recherches sur les approches pédagogiques compatibles avec le paradigme « apprendre par la robotique » constituent actuellement un secteur d'étude actif au sein la Robotique Éducative (Alimisis, 2013 ; Gaudiello, 2015) : ce fût l'objet du projet européen Pri-Sci-Net entre 2011 et 2014, alliant chercheurs en Sciences de l'Éducation et en Psychologie. Dans ce contexte, ont été conçues et testées des activités pédagogiques utilisant les technologies robotiques pour l'apprentissage des sciences. Les ateliers se sont déroulés au sein d'une école primaire auprès de 25 élèves de CM1-CM2 et ont portés sur des activités élaborées suivant une approche pédagogique appelée IBL (Inquiry Based Learning), qui, appliquée aux Sciences, devient IBSE (Inquiry Based Science Education). L'objectif de ces ateliers était de tester les éventuels bénéfices de la conjugaison robotique et IBSE.
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. Grâce à cette approche, les élèves sont confrontés à des interrogations ou à des défis ouverts, dont les réponses et les solutions impliquent l'acquisition de savoirs empiriques, collaboratifs et transférables (Bell, 2010). L'approche IBSE permet de structurer en étapes les activités pédagogiques, en partant de la formulation des questions de la part des élèves sur le sujet proposé par l'enseignant, jusqu'à la résolution du problème posé, tout en favorisant une participation active de la classe.
L'un des ateliers testés, baptisé RObeeZ, a consisté à créer une ruche robotique, incluant 5 types d'abeilles-robots (reine, nourrice, maçonne, gardienne, butineuse). Tout au long de l'année scolaire, les 25 élèves d'une classe de CM1 ont construit, programmé et perfectionné ces abeilles-robots en travaillant en équipe. À la fin du projet, des expositions et des séminaires à destination des collégiens ont été organisés pour partager cette expérience pédagogique.
L'objectif de l'étude était d'évaluer les effets combinés de l'approche IBSE et de la robotique sur les processus d'apprentissage et sur l'évolution des résultats scolaires. Notamment sur l'acquisition des connaissances en mathématiques et en SVT, l'acquisition de compétences transversales et le développement des facultés cognitives, métacognitives et sociales. Pour évaluer ces effets, quatre types de données ont été récoltés : des évaluations quantitatives (comparaison des relevés de notes du premier et dernier trimestre de l'année 2014), qualitatives (comparaison des bulletins de compétences personnels du premier et dernier trimestre 2014 faite par les enseignants), l'auto-évaluation des élèves (questionnaire incluant 19 questions sur les dimensions cognitive, affective, sociale et métacognitive de l'apprentissage, auxquelles les élèves devaient répondre en attribuant un score de 0 à 5) et une interview avec les enseignants, visant à une appréciation générale des bénéfices du projet sur les dynamiques d'enseignement-apprentissage dans la classe (Gaudiello, 2015).
Les résultats montrent un impact statistiquement significatif sur les résultats scolaires en mathématiques : les notes des élèves en résolution de problèmes, géométrie, et mesures sont plus élevées à la fin du projet RObeeZ. En revanche, aucun effet probant n'a été constaté sur les résultats en SVT.
À la fin du projet, les enseignants ont été invités par les chercheurs à fournir une évaluation qualitative de l'impact du projet RObeeZ sur la progression des compétences des élèves telles que : consulter des documents, s'exprimer à l'oral et à l'écrit dans un vocabulaire approprié, organiser les données d'un problème en vue de sa résolution, communiquer, pratiquer une démarche d'investigation (observer, questionner, expérimenter, etc.), s'impliquer dans un projet, montrer de la persévérance, et s'auto-évaluer. Deux groupes d'élèves ont ainsi émergé, sur la base des résultats notés dans les bulletins de compétences : groupe à faible progression, et groupe à forte progression. Les résultats de cette évaluation qualitative montrent une forte progression dans le dernier trimestre pour les élèves qui étaient en grande difficulté au premier.
Les auto-évaluations des élèves impliqués révèlent que le projet a eu un impact positif notamment sur la dimension affective (appréciation du projet et désir de s'engager dans la réalisation d'un nouveau projet) et sociale (échanger, organiser un travail de groupe), mais aussi sur la dimension cognitive (correction de connaissances naïves sur les abeilles et sur les robots, acquisition de nouvelles connaissances) et métacognitive (prendre conscience de l'utilité de la technologie pour apprendre le contenu d'une leçon, être capable de transférer à d'autres projets les savoir-faire acquis).
Enfin, les interviews avec les enseignants révèlent que les activités pédagogiques de robotique supportées par l'approche IBSE ont aussi un impact sur les attitudes des élèves. Ces derniers sont décrits par les enseignants comme curieux, désireux d'exprimer leur point de vue, attentifs à leurs pairs, et constants dans leur engagement vis-à-vis du projet. De leur côté, les enseignants témoignent que la façon de concevoir l'enseignement change dans ce type d'environnement pédagogique : la participation active de la classe et la réussite du projet ont à leur avis donné une impulsion importante pour la mise en œuvre de nouveaux projets. Globalement, ces résultats apparaissent cohérents avec ceux de la littérature théorique et expérimentale sur les bénéfices de la robotique éducative à l'école, notamment lorsque cette dernière est supportée par l'approche IBSE (e.g., Eguchi & Uribe, 2012).
Conclusion
Au vu des études disponibles sur le sujet, l'intégration de la robotique à l'école est envisageable lorsqu'elle est « orchestrée » au sein d'une approche pédagogique adaptée. Elle peut alors stimuler une réelle transformation dans la façon d'enseigner et d'apprendre, basée sur la co-construction des connaissances, des compétences, et des attitudes des élèves. La combinaison des activités robotiques et de l'approche IBSE semble ainsi permettre une compréhension approfondie des concepts en mathématiques et favoriser le changement de posture des élèves et des enseignants. Dans ce contexte la complémentarité entre les deux dimensions de l'apprentissage « orienté humain » et « orienté technologie » pourrait véritablement déployer son potentiel éducatif et inciter les élèves à vivre la technologie comme des apprenants intentionnels et coauteurs de leurs propres savoirs et outils d'apprentissage.

Extrait de "L'usage de la robotique à l'école" (2016) de
Elisabetta Zibetti - Doctorat en Psychologie Cognitive obtenu en Déc 2001 Maître de conférences à l'Université Paris 8 depuis Sept 2003
Ilaria Gaudiello - Docteur en Psychologie Cognitive. Université Paris 8. - Laboratoire CHArt - Cognitions Humaine & ARTificielle EA 4004 (Paris8/EPHE/Paris 10/UPEC/IUFM Créteil/)
LUTIN - Living Lab - FED 4246 - Cité des Sciences et de l'Industrie, Paris