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HAL Id: hal-01753116 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01753116 Submitted on 29 Mar 2018 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Un robot humanoïde pour enseigner la programmation: une recherche exploratoire auprès d’élèves ayant des diﬀicultés d’apprentissage Thierry Karsenti, Julien Bugmann To cite this version: Thierry Karsenti, Julien Bugmann. Un robot humanoïde pour enseigner la programmation: une recherche exploratoire auprès d’élèves ayant des diﬀicultés d’apprentissage. Didapro 7 – DidaSTIC. De 0 à 1 ou l’heure de l’informatique à l’école, Feb 2018, Lausanne, Suisse. hal-01753116 Thierry Karsenti & Julien Bugmann Université de Montréal thierry.karsenti@umontreal.ca, julien.bugmann@umontreal.ca Un robot humanoïde pour enseigner la programmation : une recherche exploratoire auprès d’élèves ayant des difcultés d’apprentissage Résumé Les robots sont de plus en plus présents dans notre société. Il se dit même qu’ils vont devenir « indispensables » à notre quotidien. Au cours des dernières années, on les voit même de plus en plus dans des salles de classe, notamment à des ﬁns d’apprentissage de la programmation. En efet, et même si la présence de robots à l’école remonte à plusieurs dizaines d’années, cette tendance tendrait à s’accroître avec l’émergence de robots dits « éducatifs ». Notre recherche vise à mieux comprendre le rôle d’un robot hu- manoïde dans l’apprentissage de la programmation pour des élèves ayant des difcultés d’apprentissage, de même que cet usage pour la motivation des élèves dans l’appren- tissage de la programmation. Pour atteindre ces objectifs, nous avons mis en place un protocole particulier où un robot humanoïde a été intégré aux cours de programmation d’élèves ayant des difcultés d’apprentissage. Les données recueillies révèlent qu’un robot humanoïde peut participer à l’enseignement- apprentissage de la programma- tion, même pour des élèves ayant des difcultés d’apprentissage importantes à l’école. Nos données illustrent également les diférents impacts sur les élèves du protocole de recherche mis en place. Mots clés : robotique, robots humanoïdes, programmation, codage, école, apprentissages 1 Introduction Même si l’apprentissage du code ou de la programmation existe depuis de nombreuses années dans les écoles (voir Papert, 1981), cette pratique a récemment connu un essor important avec des initiatives comme « Hour 258 Thierry Karsenti & Julien Bugmann of Code » (une heure de code) à laquelle plus de 450 millions d’appre- nants ont déjà participé1. Par ailleurs, et pour être en accord avec les compétences du XXIe siècle que tous les élèves devraient se préparer à maîtriser (van Laar, van Deursen, van Dijk et de Haan, 2017), plusieurs pays ofrent un enseignement obligatoire du code. C’est le cas notam- ment pour l’Angleterre, certaines provinces du Canada, certains États des États- Unis, la France, la Grèce, la Norvège et la Suède. Pourquoi de telles initiatives dans ces pays ? Parce qu’il est important que les élèves apprennent à coder aﬁn qu’ils comprennent davantage le monde qui les entoure et aﬁn qu’ils soient mieux préparés au monde technologique dans lequel ils évolueront demain (Karsenti et Bugmann, 2017a). Autrement dit, pour éviter de « subir le code », il semble important que les élèves puissent le maîtriser (voir OCDE, 2015). Pour ce faire, de nombreux logiciels existent désormais aﬁn de participer à cet apprentissage, tant dans la salle de classe qu’en dehors de l’école2. En plus des logiciels, plusieurs robots participent également à l’apprentissage de la program- mation en permettant notamment une concrétisation physique des pro- grammes générés par les élèves, à l’inverse des logiciels « classiques » tels que Scratch ou Swift Playgrounds qui génèrent un scénario visuel sur écran (voir Karsenti et Bugmann, 2017b). Alors que le phénomène des « robots » en éducation n’est pas nouveau3, on constate, depuis quelques années, une forte multiplication de ces technologies en classe, au point que l’on retrouve aujourd’hui, dans le commerce, plus d’une vingtaine de robots destinés à la salle de classe (voir Karsenti et Bugmann, 2017a). Et lorsque l’on sait l’importance de l’apprentissage du code et les nouvelles compétences à maîtriser dans les années à venir par les élèves (Fonction publique de l’Ontario, 2016 ; van Laar et al., 2017), il n’est pas étonnant de voir se multiplier ce type d’outils dans les établissements scolaires. L ’usage des robots revêt un intérêt particulier pour l’apprentissage du code, notamment parce qu’il participe de façon très particulière à la mo- tivation des élèves (voir section 3). 1 <https://hourofcode.com/fr> 2 Pour une liste des principaux logiciels utilisés, voir : <http://karsenti.ca/11coder.pdf> 3 Par exemple, Seymour Papert, dans les années 1980 avait lui aussi lancé la mode de la programmation à l’école en développant sa tortue LOGO (voir Papert, 1981). Un robot humanoïde pour enseigner la programmation 259 2 Contexte théorique Plusieurs études ont montré qu’apprendre la programmation comporte de multiples avantages, par exemple l’apprentissage des mathématiques (Temperman et al., 2014), les habiletés en résolution de problèmes (voir Keane, Chalmers, Williams et Boden, 2016) et la créativité (Falloon, 2016 ; Moreno- León, Robles et Román- González, 2016 ; OECD, 2015 ; Romero, Lille et Patiño, 2017 ; Smith, Sutclife et Sandvik, 2014). Pour accroître la motivation des élèves dans l’apprentissage de la programma- tion, plusieurs chercheurs se sont penchés sur l’usage des robots (voir Alimisis, 2012 ; Gaudiello et Zibetti, 2013 ; Keane et al., 2016 ; Komis et Misirli, 2016) et ont démontré leur potentiel motivationnel auprès des apprenants (Gref et Melgarejo, 2017 ; Janiszek, Boulc’H, Pellier, Mauclair et Baron, 2011 ; Kaloti- Hallak, Armoni et Ben- Ari, 2015). Dans un contexte où l’usage de robots pour l’apprentissage du code est susceptible de participer à la motivation des élèves, certains chercheurs se sont plus particulièrement intéressés aux robots humanoïdes dont le potentiel pour l’apprentissage du code et la motivation à apprendre à coder semble encore plus important (voir Keane et al., 2016). Pourquoi un robot humanoïde ? Tout simplement parce que ce robot peut accroître, encore plus, la motivation des élèves, par rapport à l’usage d’un autre type de robot. Ce type de robot est, par ailleurs, rarement utilisé pour l’apprentissage du code. En efet, il est plus fréquemment utilisé auprès d’enfants atteints de troubles du spectre de l’autisme (Caudrelier et Foerster, 2015 ; Centelles, Assaiante, Etchegoyhen, Bouvard et Schmitz, 2012). 3 Objectif de recherche Cette étude vise à mieux comprendre le rôle d’un robot humanoïde dans (a) l’apprentissage de la programmation et (b) la motivation pour l’ap- prentissage de la programmation pour des élèves ayant des difcultés d’apprentissage. Pour atteindre cet objectif, nous avons mis en place un protocole de recherche particulier (voir section 4.2) où un robot 260 Thierry Karsenti & Julien Bugmann humanoïde a été intégré aux cours de programmation d’élèves ayant des difcultés d’apprentissage. L ’originalité de notre recherche est multiple. Elle se situe (1) d’abord dans l’usage des robots pour l’apprentissage du code, voire (2) dans l’usage d’un type particulier de robot pour l’appren- tissage du code (un robot humanoïde), mais aussi (3) dans le contexte particulier de cet usage (les élèves identiﬁés comme ayant des difcultés particulières d’apprentissage). 4 Méthodologie 4.1 Participants Ce sont en tout 83 élèves (48 ﬁlles et 35 garçons), âgés de 11 à 17 ans, qui ont participé à cette recherche. L ’âge moyen des participants était de 12,5 ans ; 64 élèves étaient du niveau primaire et 19 du secondaire. Ces élèves avaient tous été identiﬁés comme ayant des difcultés particulières d’apprentissage. Dans le contexte scolaire canadien, ils sont qualiﬁés d’élèves en « adaptation scolaire »4. 4.2 Contexte et dispositif de la recherche Dans le cadre de cette recherche, nous avons choisi d’utiliser le robot humanoïde NAO5 dans deux contextes d’enseignement au Québec (Ca- nada) où l’on retrouvait des élèves identiﬁés comme ayant des difcultés particulières d’apprentissage. Nous avons donc proposé aux élèves un programme d’apprentissage de la programmation à l’aide du robot huma- noïde NAO. Ce programme, que nous avons nommé « Maître NAO » (voir Figure 1), comportait dix niveaux progressifs à réaliser, composés chacun de trois étapes intermédiaires (donc, 30 étapes en tout). Pour programmer 4 Ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport (2006). Programme de formation de l’école québécoise. Gouvernement du Québec. 5 <https://www.ald.softbankrobotics.com/en/robots/nao> Un robot humanoïde pour enseigner la programmation 261 le robot NAO, les élèves avaient à utiliser le logiciel Choregraphe, un logiciel de programmation qui, à l’aide de boîtes de commandes à glisser- déplacer, leur permettait de contrôler le robot. Ce logiciel, qui peut tou- tefois s’avérer particulièrement complexe, ofre la possibilité aux uti- lisateurs de voir le programme réalisé sur un robot virtuel et, donc, de travailler sur les tâches de programmation même lorsque le robot NAO n’était pas avec eux. Les élèves utilisant le logiciel Choregraphe peuvent donc s’initier à la programmation par la manipulation et l’organisation de boîtes uploads/Science et Technologie/ 14-karsenti-bugmann.pdf