Robotique éducative : enjeux, ressources

Cet article est la transposition d’un des ateliers proposés lors de Camp@num 2021.

SOMMAIRE

Sciences du numérique

Depuis les programmes de 2015, il ne s’agit plus seulement de considérer l’informatique comme un outil au service des apprentissages. Il est également prévu de consacrer du temps à la découverte des sciences du numérique.

Le terme de sciences du numérique désigne les sciences de l’information et de la communication sur leurs volets matériels et logiciels. Cette terminologie inclut les sciences informatiques (computer science) et les mathématiques appliquées liées à ces sujets et représente une nouvelle façon de parler des sciences de l’information et de la communication, à l’aube du XXIe siècle. Elle se nourrit de disciplines telles que l’automatique, le traitement du signal, ou la robotique.
Cette dénomination ne représente donc pas un domaine scientifique, mais du travail scientifique à l’intersection de plusieurs domaines.

Wikipedia

Plusieurs champs peuvent être explorés à l’école, comme l’informatique sans ordinateur (ou informatique débranchée), le codage, la programmation, la robotique ou l’intelligence artificielle.

À travers ces explorations et au-delà des notions propres aux sciences du numérique, divers objectifs d’apprentissage peuvent être particulièrement visés, en lien avec les langages, la pensée informatique (ou algorithmique, ou computationnelle ; pour en savoir plus : ici ou ), la logique, la méthodologie, l’anticipation, la coopération ou collaboration, la créativité, la pensée critique, la résolution de problèmes, la démarche scientifique, la littératie numérique, l’initiative, l’autonomie…

Robot

Nous proposons souvent en classe une activité d’introduction qui permet de recueillir les représentations initiales : « Dessine-moi un robot. »

Il est frappant de constater que, dans la très grande majorité des cas, les élèves dessinent un « robot » humanoïde, alors que la plupart des robots du monde réel ne le sont pas.
Le résultat serait-il différent avec des adultes ? Pas si sûr.

Histoire des robots en 4 minutes – Le Monde

Le concept de « robot » est très récent. La première utilisation connue du mot est dans une pièce de théâtre en 1920. Plusieurs apparitions remarquables et principalement humanoïdes ont traversé les productions artistiques au cours des décennies qui ont suivi. Le premier robot industriel n’est entré en fonction qu’en 1961.
Il faut croire que l’avance prise par la culture sur les techniques réelles a profondément influencé l’inconscient collectif (cf. représentations des élèves).

Qu’est-ce qu’un robot ?
Cette question peut paraître anodine mais une rapide recherche montre qu’il n’existe pas encore de réponse évidente. Au fil du temps, et notamment des avancées techniques, mais aussi en fonction des points de vue (artiste, chercheur, fabriquant…), la définition évolue.

En voici une proposition, assez consensuelle, formulée de deux façons différentes qui s’accordent sur les mêmes éléments :

Un robot est une machine qui peut interagir physiquement avec son environnement par le biais de ses capteurs (pour détecter) et de ses actionneurs (pour agir), notamment bouger, selon un programme informatique définissant son comportement.
Un robot possède un ordinateur, connecté aux capteurs et aux actionneurs, qui exécute les instructions informatiques fixant son comportement (bouger, produire un son, émettre de la lumière…) notamment pour faire des mouvements.
Robot ou pas – Robot360°
Capteur : Un  capteur est un appareil destiné à détecter, par exemple, la présence  d'un objet à une certaine distance, un son, une couleur, une pression  sur un bouton, une température, ... ou mesurer par exemple la couleur ou  la forme d'un objet.
Actionneur (ou  actuateur) : Un actionneur est un appareil qui permet de faire une  action, notamment bouger, produire des sons ou de la lumière. Un robot  possède des actionneurs pour effectuer des actions, en particulier pour  faire des mouvements.

D’autres concepts sont finalement assez proches.
– Ce qui différencie un robot d’un automate est la présence de capteurs, permettant l’interaction avec l’environnement. Un automate exécute son programme quoi qu’il arrive, ne disposant pas de capteurs. En particulier au rayon jouets, la dénomination de « robot » est régulièrement utilisée à tort pour des automates ou des objets pilotés.
– Ce qui différencie un robot d’un ordinateur est la capacité à produire un mouvement propre (bouger).
– Même si le parallèle est intéressant à faire (capteurs-organes sensoriels, système informatique-cerveau, actionneurs-muscles), un animal n’est pas une machine et n’est donc pas un robot.

Intérêt de la robotique à l’école

La robotique pédagogique fait référence à l’usage des  robots comme outils éducatifs populaires dans l’éducation pour susciter  l'intérêt vis-à-vis des activités de programmation, la découverte de la  pensée algorithmique et l’initiation à l’intelligence artificielle,  ainsi que l’apprentissage de la robotique comme discipline  professionnelle chez les étudiants.

Par robotique éducative, on entend plus largement  l’ensemble des activités utilisant des robots à des fins pédagogiques,  socio ou médico-éducatives, et se déroulant en contexte scolaire,  périscolaire voire extrascolaire.

(La robotique éducative – Dossier de capitalisation – version décembre 2017 – Groupe de travail numérique OCEAN)

En plus des points évoqués plus haut au sujet des sciences du numérique en général, à l’école, la robotique présente des intérêts qui lui sont propres et que l’on ne rencontrera pas forcément en travaillant, par exemple, l’informatique débranchée ou la programmation des déplacements d’un personnage à l’écran.
La motivation des élèves est souvent le premier argument mis en avant. Mais, principalement liée à la nouveauté et à l’aspect ludique de certaines des situations proposées en classe, elle finira par s’estomper avec le temps et l’apparition de difficultés rencontrées par certains élèves au cours des apprentissages.
La robotique permet de manipuler un objet tangible et d’interagir avec lui, ce qui peut permettre notamment d’appréhender de façon concrète des concepts abstraits (Apprendre par la manipulation physique grâce aux robots, Sonia Mandin, L’agence des usages, Canopé).
Les langages de programmation proposés sont souvent particulièrement simples (pour les robots éducatifs), donc adaptés à une initiation.
Dans une classe, le robot devient un média d’apprentissage supplémentaire qui peut alors devenir un support de différenciation, pour travailler le langage autrement, par exemple.
L’essai-erreur est valorisé et c’est le robot qui valide (ou pas). Ce n’est pas l’enseignant ou un pair, ce qui est plus facile à accepter.

Place de la robotique dans les programmes

Au moment où l’article est publié

Entrées spécifiques à la robotique pédagogique

Cycles 2 et 3
Mathématiques – Espace et géométrie
(Se) repérer et (se) déplacer…
Programmer les déplacements d’un robot ou ceux d’un personnage sur un écran.

éduscol : Initiation à la programmation aux cycles 2 et 3

Entrées pouvant être liées à la robotique pédagogique

Cycle 1
Explorer le monde – Représenter l’espace
Ils établissent alors les relations entre leurs déplacements et les représentations de ceux-ci. [...] Ces mises en relations seront plus précisément étudiées à l’école élémentaire, mais elles peuvent déjà être utilisées pour coder des déplacements ou des représentations spatiales.

Cycle 3
Socle commun – Domaine 4 : les systèmes naturels et les systèmes techniques
Les recherches libres (tâtonnements, essais-erreurs) et l’utilisation des outils numériques les forment à la démarche de résolution de problèmes.
Sciences et technologies
Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information : notions d’algorithmes, les objets programmables.
Les élèves apprennent à connaitre l’organisation d’un environnement numérique. Ils décrivent un système technique par ses composants et leurs relations. Les élèves découvrent l’algorithme en utilisant des logiciels d’applications visuelles et ludiques.
Mathématiques – Espace et géométrie
Les activités spatiales et géométriques [...] constituent  des moments privilégiés pour une première initiation à la programmation notamment à travers la programmation de déplacements ou de construction de figures.

Cadre de référence des compétences numériques (CRCN)
Domaine 3. création de contenus
Compétence 3.1 Programmer
Écrire des programmes et des algorithmes pour répondre à un besoin.
 - Modifier le comportement d’un objet régi par un programme simple.
 - Créer un programme animant un objet graphique ou réel.

éduscol : Cadre de référence des compétences numériques

Champs dans lesquels la robotique éducative peut trouver une place

Liste d’exemples non exhaustive

Français : trame narrative, scénarisation

Mathématique : géométrie, résolution de problèmes

Éducation artistique : dessin, light painting, mise en scène, chorégraphie

Technologie : fonctionnement, conception, construction

Éducation morale et civique : robotique et société

Histoire, géographie, sciences : simulation, modélisation, reconstitution

Choix du modèle de robot

Depuis quelques années, l’enseignant qui souhaite équiper son école de robots se retrouve face à une offre croissante. Des nouveautés apparaissent régulièrement mais, finalement, une poignée de modèles occupe le devant de la scène.

L’investissement n’étant pas négligeable, il s’agit surtout de trouver le bon rapport qualité (pédagogique notamment) / prix, en adéquation avec les apprentissages visés. Et si un même robot peut servir du cycle 1 au cycle 3, c’est encore mieux (pour le budget).

Idéalement, il faudrait pouvoir disposer d’assez de matériel pour pouvoir travailler avec des groupes de (plus ou moins) trois élèves par robot, pas nécessairement en classe entière. En robotique comme dans d’autres situations, le travail en groupe favorise notamment les interactions langagières, la collaboration, la co-créativité, l’esprit critique, l’argumentation.

Il existe quelques fournisseurs spécialisés dont Easytis (avec lequel les Ateliers Canopé sont partenaires) et Génération Robots.

Différents types de robots sont disponibles, plus ou moins adaptés à l’école. Il ne s’agit pas d’une catégorisation stricte, certains robots pouvant appartenir à plusieurs types.

Les robots d’interaction (ou sociaux, ou compagnons), comme Nao ou Leka, peuvent être intéressants pour apprendre avec la robotique, dans des projets particuliers. Mais le coût peut être dissuasif… Plusieurs milliers d’euros pour Nao, par exemple.

NaoLeka
Exemples de robots d’interaction

Les robots articulés (humanoïdes ou pas) permettent de travailler, pour la plupart, dans le domaine technologique, avec des possibilités de constructions et d’évolutions. Certains peuvent être adaptés à l’école primaire, plutôt cycle 3, mais ils sont assez chers (plusieurs centaines d’euros, voire plusieurs milliers).

ZowiPoppyErgo jrLego MindstormMetabot
Exemples de robots articulés

Les robots de sol (ou de plancher, ou de table) sont les plus « rentables » pour une utilisation à l’école primaire : plus abordables du point de vue des tarifs, mieux adaptés globalement aux compétences visées et, pour certains, utilisables à différents cycles.

BeeBotBlueBotDash&DotmBotOzobotSpheroThymio2
Exemples de robots de sol

BlueBot est très représenté en maternelle, voire en tout début de cycle 2. Même s’il s’agit plus d’un automate que d’un robot, il permet de programmer facilement des séquences de déplacements. Voir l’article : Un robot en maternelle, la Bluebot.
On rencontre fréquemment Ozobot en élémentaire. Sa toute petite taille lui offre, malgré les apparences, des capacités intéressantes.
Les qualités de Thymio 2 lui permettent d’être utilisé du cycle 1 au cycle 3.

Focus sur Thymio 2
- Environ 175 € l'unité pour la version "Wireless" (recommandée)
- Open source ; développé par l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) pour l'initiation à la robotique
- Communauté d'utilisateurs ; nombreuses ressources disponibles
- Adapté du cycle 1 à l'université
- Utilisable dès la sortie de la boite, sans ordinateur : 6 programmes pré-enregistrés
- Plusieurs langages de programmation graphiques (dès l'école élémentaire): VPL, VPL3, Blockly, Scratch (également Aseba et bientôt Python pour les langages textuels) ; logiciels gratuits
- Simulateur disponible gratuitement
- Nombreux capteurs et actionneurs
- Robuste ; évolutif avec des Lego

Outils, ressources

Sélection de ressources pour la classe

Mises à disposition gratuitement

Séquence « INIROBOT scolaire – langages et robotique »

https://mediascol.ac-clermont.fr/impulsion-numerique-educatif63/2021/05/07/decouvrir-la-robotique-educative/

Robot Thymio 2 et langage VPL

Dès le CE1 ; particulièrement adaptée au cycle 3

12 séances « clé en main », de la découverte à l’évaluation

Modulable et modifiable librement

1, 2, 3… Codez !

Proposé par la Fondation La Main à la Pâte

https://www.fondation-lamap.org/fr/123codez

Version papier ou en ligne (plus complet)

Du cycle 1 au cycle 4

Plusieurs séquences « clé en main » pour chaque cycle

De l’informatique débranchée à la robotique

Scratch jr, Scratch, Thymio 2…

Guide d’activités technocréatives pour les enfants du 21e siècle

https://ecolebranchee.com/15-idees-dactivites-pour-entretenir-la-technocreativite-en-classe/

Du cycle 1 au cycle 3

Il a pour objectif d’apporter des pistes de réflexion pour la réalisation d’activités d’apprentissage visant des usages créatifs des technologies (15 activités proposées).

Pour les enseignants néophytes, on prend le temps d’établir les bases de ce qu’est la programmation ainsi que la robotique.

Code et robots

Site proposé par les Ateliers Canopé des académies de Besançon et de Dijon

https://canope.ac-besancon.fr/codeetrobots/

Des activités clé en main pour mettre en place facilement des projets originaux avec les robots et développer la créativité et les compétences transversales des élèves.

Activités classées par cycle (cycle 1 à lycée), discipline (arts, espace/géographie, langage écrit, langage oral, langues vivantes, mathématiques, pluridisciplinaire, technologie) ou matériel (informatique débranchée, BeeBot/BlueBot, Thymio, Ozobot, Sphéro, objets connectés, PC, tablettes)

CoDéfi, robotique et objets connectés

Site proposé par l’académie de Versailles

http://codefi.dane.ac-versailles.fr/

Plateforme de mutualisation de projets, de défis et de vidéos portant sur la robotique, développée afin d’accompagner au mieux les enseignants

Rubriques « Comprendre les enjeux », « Découvrir la programmation et les robots », « Produire pour ou avec les élèves » et « Participer (challenges, parcours, défis) »

Catalogue de défis ; sitographie/bibliographie

Accompagnement de projets : partages et retours d’expériences

Groupe Viaéduc proposé par l’Atelier Canopé 63

https://www.viaeduc.fr/group/21434

Inscription à Viaéduc gratuite mais obligatoire

Dossier thématique « Programmation informatique »

Les Ateliers Canopé proposent des formations ou des accompagnements de projets par les médiateurs, avec éventuellement prêt de matériel.


Pour aller plus loin…

Sélection de ressources pour les enseignants

Mises à disposition gratuitement

Class’Code

Projet Investissements d’Avenir porté par INRIA

https://pixees.fr/classcode-v2/

Plus de 400 ressources éducatives libres, accessibles sous forme de parcours ou à la carte

Programmer, jouer, découvrir, transmettre

Programmation, robotique, intelligence artificielle…

Communauté apprenante ; projets territoriaux

Pixees

Proposé par INRIA et la Société Informatique de France

https://pixees.fr/

Ressources pour les sciences du numérique

Actualités, ressources, formations, interventions

Le RÉCIT

(réseau éducation collaboration innovation technologie), au Québec, propose un grand nombre de ressources en lien avec la robotique.

Parcours de formation : https://recit.qc.ca/parcours-de-formation-combos-numeriques-robotique1/

Rubrique « préscolaire » (maternelle) : https://recitpresco.qc.ca/fr/pages/robotique

Robot-TIC, ressources en robotique/programmation pour la classe : https://robot-tic.qc.ca/

Curation sur Pearltrees

Effectuée par Aurélie Brunel, ancienne médiatrice numérique de l’Atelier Canopé 63

Robots, drones : www.pearltrees.com/aurelie48/robots-drones/id16257429 (avec notamment des comparatifs des caractéristiques de plusieurs robots et des ressources spécifiques à différents modèles)

inclus dans

Programmation informatique / robotique : http://www.pearltrees.com/aurelie48/programmation-informatique/id16050831


Pour tout besoin de conseil, d’accompagnement ou de formation, contacter l’enseignant référent pour les usages du numérique (ERUN) ou le conseiller pédagogique chargé de mission pour le numérique éducatif de votre secteur.

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