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Un robot pédagogique au service de la structuration de
l’espace. Le cas de Blue bot dans une classe de grande
section de maternelle
Sarah Beaudoux
To cite this version:
Sarah Beaudoux. Un robot pédagogique au service de la structuration de l’espace. Le cas de Blue bot dans une classe de grande section de maternelle. Sciences de l’Homme et Société. 2017. �dumas-01896378�
Université de Bordeaux- ESPE d’Aquitaine
Master Métiers de l’enseignement, de l’Education et de la Formation
Mention Premier
Un robot pédagogique au service de la
structuration de l’espace
Le cas de Blue bot dans une classe de grande section de
maternelle
Mémoire présenté par Sarah BEAUDOUX
Sous la direction de Carine SORT
Remerciements
La réalisation de ce mémoire a été possible grâce à de nombreuses personnes à qui je voudrais témoigner toute ma reconnaissance.
Dans un premier temps, je souhaite remercier ma directrice de mémoire, Carine SORT, pour sa générosité pour le prêt de matériel (tapis pour les robots, tapis à taille humaine et cartes « flèches »), sa disponibilité et ses judicieux conseils qui m’ont permis de mener une réflexion sur l’utilisation du robot pédagogique Blue bot au service de la structuration de l’espace et de rédiger ce mémoire tout au long de l’année universitaire.
Je tiens également à remercier ma collègue de la classe de grande section, Sophie DULAU, qui a très généreusement accepté de modifier son emploi du temps pour me permettre de mettre en œuvre ma séquence d’apprentissage auprès de ses élèves.
De plus, je désire exprimer ma reconnaissance à l’auxiliaire de vie scolaire (AVS) de la classe de grande section, Olivier, qui s’est joint à moi lors de la quasi-totalité des séances afin de m’apporter de l’aide dans la mise en œuvre de celles-ci (passage dans les groupes pour aider les élèves à répondre à la demande).
Cette séquence n’aurait pas eu lieu sans le matériel numérique que l’on m’a prêté. Je remercie donc l’ESPE de Mont-de-Marsan pour le prêt de six Blue bot, d’une Bee bot et de trois tablettes numériques. À cette liste je rajoute également Canopé des landes de m’avoir prêté une caméra et son pied qui m’ont permis d’enregistrer toutes mes séances pour ensuite les analyser et nourrir ma réflexion.
Pour finir, je tiens à remercier ma famille, mes amis et mon compagnon qui m’ont soutenue et ont pris le temps de m’écouter ainsi que de me conseiller durant cette année si riche et exigeante à la fois.
Table des matières
Remerciements ... 1
Table des matières ... 2
Introduction ... 4
Première partie : Apports théoriques ... 6
I.1. Documents institutionnels /Programmes ... 6
I. 2. Didactique des mathématiques ... 7
I. 2. a. Définitions ... 7
I. 2. b. « L’enfant et l’espace » ... 7
I.3. Didactique de l’outil numérique ... 12
I.3. a. Les sources du langage informatique LOGO ... 12
I.3. b. Les bénéfices d’un outil numérique programmable sur les apprentissages des enfants ... 13
1.3.c. Le robot pédagogique Bee bot ou Bluebot ... 14
I. 4. Mise en relation entre le thème et la partie théorique ... 15
Deuxième partie : Problématique ... 16
II. 1. Problématique ... 16
II. 2. Méthodologie ... 18
II. 2. a. Présentation de l’école ... 18
II. 2. b. Présentation de la classe de grande section ... 18
II. 2. c. Le niveau des élèves aux évaluations ... 19
II. 2. d. Le lieu de réalisation de la séquence d’apprentissage ... 20
II. 2. e. Les moyens d’observation ... 21
II. 2. f. Le matériel utilisé ... 21
II. 2. g. La séquence d’apprentissage ... 23
Troisième partie : analyse et interprétations ... 26
III. 1. Les analyses et interprétations ... 26
III. 1. a. Présentation et manipulation du robot pédagogique (séance n°1) ... 26
III. 1. b. Première approche du codage avec des formes géométriques (séance n°2) ... 29
III. 1. c. Construire une programmation à l’aide de cartes « flèches » (Séances 3 et début des séances 4-5 et 7-8) ... 34
III. 1. d. Programmer le robot pédagogique à partir de sa programmation (Deuxième partie des séances n° 4 et 5) ... 44
III. 1. e. Passage dans le micro-espace avec vérification dans le méso-espace ... 49
III. 2. Les limites et prolongements ... 52
III. 2. a. Les limites de la séquence d’apprentissage s’appuyant sur le robot pédagogique Blue bot ... 52
Conclusion ... 57
Bibliographie ... 62
Résumé ... 63
Mots-clés ... 63
Introduction
Le mot « espace » vient du latin « spatium ». En vieux français1, l’espace signifiait un laps de temps, une durée (ex : le soleil occupe tout l’espace du jour) ou désignait une surface, un lieu ou une superficie. Selon le contexte où le mot « espace » est prononcé, il n’a pas la même signification. En effet, en mathématiques et notamment en géométrie, l’espace se caractérise comme étant « l’ensemble des points dont la position est définie par trois coordonnées »2. En géographie, l’espace correspond à l’ensemble des relations entre la nature et l’homme. D’après ces définitions, nous nous apercevons que l’espace est intimement lié au temps de par son origine étymologique. Mais ces deux concepts sont décrits individuellement dans les programmes de l’école maternelle3 et donc ce mémoire portera uniquement sur l’espace.
La notion d’espace et son acquisition constituent un enjeu fondamental. En effet, un espace structuré permet à l’enfant de créer un cadre dans lequel il va se développer, s’organiser, complexifier sa connaissance. De plus, c’est en structurant son espace que l’enfant pourra devenir autonome et actif dans des espaces inconnus, qu’il sera à même de mieux structurer le monde4. Cette notion est présente dès l’école maternelle (Les programmes officiels 2015 : Domaine 5 : Explorer le monde : se repérer dans le temps et l’espace). L’apprentissage de la construction de l’espace démarre donc très tôt (Petite section de maternelle) pour assurer son acquisition totale au moment de la période de l’adolescence. En effet, l’espace est une notion qui nécessite un long processus d’acquisition qui se terminerait aux alentours de l’adolescence. Notons néanmoins que le concept d’espace est très complexe et qu’il pose des problèmes même aux adultes.
Grâce à un stage de pratique accompagnée, j’ai pu être accueillie durant 2 semaines dans une classe de moyenne / grande section à l’école maternelle de Saint-Perdon (40). Au cours de ce stage plusieurs choses m’ont marquée. Premièrement, lors des parcours de motricité, la professeure des écoles insistait beaucoup sur les déplacements des élèves pour
1 Centre Nationnal de Ressources Textuelles et Lexicales – Dictionnaire du moyen Français :
http://www.cnrtl.fr/dictionnaires/anciens/ : « Il est a supposer que la grande et longue espace du temps ne luy pleut gueres (C.N.N., c.1456-1467, 576)» - « l'umain lignage, qui se espandi ça et la, avoit presques occupé toute espace de terre (PREMIERFAIT, Cas nobles hommes G., 1409, 126)
2 Dictionnaire LAROUSSE en ligne : http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/espace/31013
3 BO spécial n°2 du 26 mars 2015 : http://www.education.gouv.fr/pid25535/bulletin_officiel.html?cid_bo=86940#ecole 4 Les nouveaux programmes de l’école primaire. Vers les mathématiques : quel travail en maternelle ? Document
passer d’un atelier à l’autre. Elle expliquait très précisément par où il fallait passer pour rejoindre l’autre point de départ. Mais même avec ces précisions, des enfants étaient perdus, passaient devant le rondin au lieu de passer derrière. Le fait de respecter une consigne pour se déplacer d’un point A à un point B était très difficile à réaliser pour des élèves de moyenne section mais aussi de grande section. Le même constat a pu être établi lors de la répartition des groupes aux différents ateliers. L’enseignante avait le souci d’employer toujours un vocabulaire précis et adapté aux enfants pour qu’ils se repèrent seuls (à côté, derrière, au-dessus, en-dessous, entre, la deuxième étagère …). Elle leur demandait de s’assoir à une place précise qu’elle décrivait. J’ai alors pu constater la forte concentration des enfants pour réussir cette tâche.
J’ai découvert au cours de ma formation un robot pédagogique : la Bee bot utilisable par des élèves de cycle 1. D’après les présentations de cet outil, l’utilisation pédagogique de ce dernier pourrait aider à la structuration de l’espace chez les enfants.
Figure 1 Bee bot @copyright
Mais que signifie « structurer l’espace » ? Comment réussir à amener les enfants à structurer l’espace ? Quelles pédagogies et quels outils employés pour atteindre notre objectif ? Mes observations recueillies lors de mes stages ainsi que les présentations du robot en master 1 ont nourri mes interrogations et m’ont poussé à construire une séquence d’apprentissage pour des élèves de grande section sur la programmation des déplacements dans l’espace. Pour atteindre les objectifs de séquence mais également pour faire découvrir un outil numérique aux élèves, j’utilise un robot programmable Bee bot. Mais comment intégrer un robot pédagogique dans une séquence autour de la structuration de l’espace ? Quelle place lui donner ? Quelles sont les limites à cet outil ?
Dans une première partie, nous allons comprendre plus précisément comment se structure l’espace chez l’enfant grâce à des apports théoriques de psychologues. Mais nous allons aussi comprendre comment le robot pédagogique peut être une aide à la structuration de l’espace chez l’enfant. Dans une deuxième partie, je présenterai la séquence mise en place ainsi que la méthodologie employée. Enfin, dans une troisième partie, nous analyserons les
résultats de l’expérience et nous tenterons de définir comment cette séquence a pu aider ou non les enfants dans la structuration de l’espace.
Première partie : Apports théoriques
I.1. Documents institutionnels /Programmes
Dans les programmes de l’école maternelle de 20155, l’espace appartient au domaine d’apprentissage n°5 : Explorer le monde. La structuration de l’espace n’appartient donc pas au domaine n°4 (Construire les premiers outils pour structurer sa pensée) bien que les compétences développées serviront dans les apprentissages mathématiques ultérieurs.
Avant que l’enfant n’arrive à l’école maternelle, il a déjà des expériences spatiales mais elles proviennent uniquement de son environnement immédiat. Cependant, ces connaissances sont très simples et limitées. L’enseignant aura donc pour objectif de faire vivre aux enfants une multitude d’expériences spatiales : explorer, découvrir, observer, se déplacer puis anticiper dans des espaces différents de ceux qu’ils ont déjà rencontrés.5
Les programmes de l’école maternelle du 26 mars 2015 insistent sur l’importance du passage par le corps pour aider les enfants à structurer l’espace et progressivement à se décentrer. De plus, par l’étude de ce document officiel, nous nous apercevons que le langage tient une place majeure dans l’appropriation de cette notion complexe. Cela suggère donc l’acquisition d’un vocabulaire spatial précis. Le document d’accompagnement « Vers les mathématiques : quel travail en maternelle ? » (2002), propose le « pilotage d’objets programmables » afin de permettre à l’enfant de se décentrer sur le robot programmable qui a les mêmes facultés que lui : avancer, reculer, tourner. Trois objectifs principaux sont formulés dans les programmes de 2015 : « faire l’expérience de l’espace », « découvrir différents milieux » et « représenter l’espace ». Ce dernier consiste plus précisément en la construction d’un code commun afin de restituer des déplacements et d’élaborer des consignes orales et précises de déplacement.5
D’après la lecture des programmes ainsi que des documents d’accompagnement, il est tout à fait possible et même intéressant d’associer un outil numérique (un robot programmable
5
adapté à l’âge des enfants) à l’apprentissage de l’espace. Mais il ne faudra pas oublier de permettre aux enfants de passer par leur propre corps ainsi que de verbaliser les actions qu’ils auront réalisées.
I. 2. Didactique des mathématiques
I. 2. a. Définitions
• Qu’est-ce que l’espace ?
D’après Piaget, l’espace signifie « percevoir les relations des choses entre elles, son propre déplacement par rapport aux choses »6 (PIAGET, 1948). L’espace serait donc un lieu où l’enfant va apprendre à se définir comme point stable, mais aussi où il va apprendre à intégrer en permanence son corps dans l’espace au moyen du mouvement, concevant et établissant ainsi des relations fonctionnelles entre les choses.
• Qu’est-ce que la structuration de l’espace ?
On pourrait définir la structuration de l’espace par de multiples capacités que l’enfant acquiert au fur et à fur des différents stades :
- « La capacité de se situer, de se déplacer, de s’orienter dans son environnement. - La capacité de situer, d’organiser, de déplacer, de concevoir les choses du monde
proche ou lointain.
-‐ La capacité de construire un monde réel ou imaginaire. » (DE LIÈVRE et STAES, 2000)
I. 2. b. « L’enfant et l’espace »
Piaget étudie l’espace d’un point de vue psycho-génétique.
« Ce qui l’intéresse, c’est la genèse et l’évolution des connaissances et c’est ce qu’il souligne en dénommant son champ de recherche l’«épistémologie génétique ». L’épistémologie classique a souvent été considérée comme une branche de la philosophie. L’épistémologie génétique revendique le statut de « science ». Ceux qui l’étudient rassemblent des données et élaborent des théories sur la manière dont se développent les connaissances, tant à l’échelle de l’humanité qu’à celle de l’individu, chaque chercheur s’attachant plutôt à l’un ou l’autre de ces domaines, mais sans pour autant les considérer
6J. PIAGET, B. INHELDER. La représentation de l’espace chez l’enfant. PUF, 1948 (Chapitre premier – Section I – pages
comme distincts : au contraire, ils s’efforcent de rechercher en quoi ils sont liés ». (Seymour, 1981, p203)
L’élaboration de l’espace se base sur des interactions entre les activités du sujet et les propriétés des objets. La complexité de la construction de l’espace est due au fait qu’elle fait intervenir deux plans : le plan perceptif ou sensori-moteur et le plan représentatif ou intellectuel. (Piaget, 1948)
L’espace subi : de 0 à 3 mois
Dès sa naissance et jusqu’à environ trois mois, l’enfant subit les déplacements que son entourage lui impose. Étant donné qu’il n’est pas acteur de ses déplacements, il ne fait pas de liens entre les différents espaces qu’il rencontre. Sa perception de l’espace reste très limitée. De plus, son espace visuel est très restreint. En effet, l’enfant perçoit uniquement des paysages qui défilent mais aussi le rapprochement et l’éloignement d’objets ou de personnes. Il construit alors des sous-espaces auditifs, tactiles, olfactifs. On peut ajouter qu’à ce stade, il n’a pas acquis la permanence de l’objet (la fonction symbolique), il est donc incapable de se représenter les choses en leur absence. Lors de ce premier stade l’enfant n’a donc aucune emprise sur l’espace.
L’espace vécu (ou espace sensori-moteur) : de 3 mois à 2 ans
L’espace vécu correspond au stade de l’intelligence sensori-motrice définie par Piaget (1996, Perraudeau). Ce dernier qualifie ce stade de construction de l’espace comme étant sans représentation, sans langage et sans concept. La construction de l’espace n’est pas innée mais résulte de l’organisation et de la coordination des actions de l’enfant et des déplacements des objets qu’il produit ou observe. C’est donc un long travail de perception et d’action.
L’espace sensori-moteur est un espace dans lequel l’enfant agit, situe, manipule et déplace des objets qu’il rencontre. C’est un espace uniquement sensoriel où l’enfant devra faire appel à ses sens et à ses capacités motrices afin de l’explorer comme il se doit. Les premières intuitions spatiales sont d’ordre topologiques. Cela signifie que l’enfant perçoit l’espace comme une carte sans formes ni dimensions. L’espace se construit progressivement grâce à la manipulation d’objets donc aux sens (la vue, le toucher, l’ouïe, l’odorat, le goût) mais aussi grâce à la motricité et aux déplacements de l’enfant. L’espace vécu peut être qualifié de pratique car c’est un espace qui s’acquiert de par la manipulation des enfants mais aussi de personnel. En effet, l’espace est orienté en fonction des besoins de l’enfant et de ses schèmes moteurs. L’espace est uniquement sensoriel, et correspond à la zone de déplacement et de perception de l’enfant.
L’enfant ne perçoit pas un seul et unique espace mais plusieurs espaces qui sont en lien avec ses conduites multiples et isolées. L’enfant est donc centré sur son propre corps et ne se considère pas dans le même espace que les objets qui l’entourent. (PIAGET, 1948 cité par Perraudeau) Au début de ce stade de l’espace vécu, l’enfant ne perçoit pas les relations spatiales. Au fur et à mesure des perceptions et des déplacements, elles vont se développer mais toujours en rapport avec sa propre activité. Peu à peu il donne du sens à ses relations spatiales, notamment lorsqu’il cherche à produire un mouvement en fonction d’une situation qui lui paraît intéressante. Cela montre bien, que l’enfant commence à prendre en compte ses mouvements pour arriver à une fin qu’il a précisément défini. Cette première prise de conscience des relations spatiales est liée à l’apparition d’une « accommodation intentionnelle d’une action en vue de produire un résultat intéressant ».
Aux alentours de 8-9 mois, la coordination des différents espaces auxquels est confronté l’enfant se développe grâce à la coordination de la vision et de la préhension. Puis, petit à petit, la relation entre les objets se met en place. L’enfant ne se contente plus de répéter des schèmes pour reproduire des résultats mais il combine différents schèmes pour les obtenir : c’est la coordination des schèmes. L’espace devient alors le milieu commun à tous les déplacements qu’il fait mais l’espace se limite à sa perception. Aux alentours de 18-24 mois, l’enfant se détache de la perception. Il prend conscience de la présence des personnes et des objets, on parle de « la permanence de l’objet ». L’enfant recherche l’objet ou la personne cachée en dehors de son champ de vision par exemple. Progressivement, on assiste au passage d’un espace essentiellement perceptif à un espace où la représentation sera dominante.
L’espace perçu : de 2 ans à 7 ans
Ce troisième espace correspond au stade pré-opératoire du développement intellectuel conçu par Piaget et concourt à l’élaboration de l’espace représentatif, c’est-à-dire que l’enfant ne voit désormais plus l’espace uniquement par lui-même (décentration). L’espace représentatif, qui complète l’espace sensori-moteur, se construit durant un temps très long et est terminé lorsque tout ce qui a été acquis sur le plan de la représentation arrive au même niveau que ce qui a été construit sur le plan de l’action.
L’espace représentatif apparaît en premier lieu sous une forme intuitive qui se caractérise par des représentations imagées et statiques et par une difficulté à expliquer les transformations. Les premières intuitions spatiales que l’on remarque sont d’ordre topologique, les objets s’organisent dans l’espace selon des rapports de voisinage, de séparation, d’ordre et de succession, d’emboîtement. Suite à ses premières intuitions spatiales,
viennent des intuitions euclidiennes, liées à la coordination des objets entre eux, et projectives qui ajoutent l’apparition de perspectives et de différents points de vue. Tout au long de la construction de l’espace représentatif, l’espace s’unifie.
Nous pouvons organiser la construction de l’espace représentatif en différents stades. Le premier d’entre eux s’apparente aux prémices de la représentation topologique. Au cours de ce premier stade, l’enfant sait déplacer des objets de manière précise. Mais les représentations d’objets simples qu’il reproduit sont très grossières. L’enfant arrive à reconnaître des objets qui se différencient par des propriétés topologiques : un objet ayant un trou et le même sans le trou. De la même manière, lorsque que l’enfant dessine un personnage, il ne se préoccupe pas de la distance entre les différents éléments topologiques (yeux, nez, bouche), l’important pour lui est que tous les constituants du visage entrent dans le trait permettant de le délimiter. Les représentations topologiques sont alors existantes, contrairement aux représentations projectives ou métriques. En effet, l’enfant qui est dans ce premier stade de représentation de l’espace, ne parvient pas à effectuer une ligne droite par exemple ou bien à différencier différents points de vue.
Le deuxième stade se caractérise par l’apparition des premières notions d’espace projectif et euclidien à travers la prise en compte de rapports spatiaux. Les pré-opérations sont par exemple des rotations, des translations ou des sections qui sont indispensables afin de pouvoir coordonner les déplacements et les orientations d’objets. L’enfant reste tout de même centré sur sa propre position dans l’espace. L’enfant commence à percevoir des éléments des espaces projectifs et euclidiens car il commence à pouvoir dessiner en prenant en compte des points de vue différents (de face, de profil, de dos) et des rapports de grandeurs. Pour pouvoir maitriser les déplacements d’un objet dans l’espace, il faut pouvoir se référer à un système fixe de coordonnées. Le système euclidien, lui, est structuré par rapport au système naturel : haut/bas - gauche/droite - devant/derrière. Cela suppose donc un apprentissage du système naturel avant de pouvoir aborder le système euclidien. Ce qui différencie les enfants du premier stade avec ceux du deuxième est qu’ils sont capables de coordonner les actions et les préparations de déplacements, c’est le début de l’abstraction (par rapport aux actions et leurs représentations imagées). Peu à peu l’enfant identifie des relations spatiales qui ne s’arrêtent plus à la simple description de positions, de déplacements mais qui vont permettent d’identifier les transformations des positions et des déplacements des objets. L’enfant arrive alors à composer les déplacements successifs visibles puis invisibles d’objets. Il prend en compte les modifications de positions des objets pour se déplacer.
Le troisième stade (opérations topologiques, projectives et euclidiennes) commence aux alentours de six - sept ans. Il consiste en la construction d’un espace stable dans lequel l’enfant va être capable d’établir des rapports spatiaux entre des objets mais également de représenter des déplacements de mobiles. Les enfants sont désormais sensibles à la notion d’ordre inverse. L’enfant est donc capable de parcourir un trajet dans un sens depuis un point de départ défini puis dans l’autre et de comprendre que le trajet étant le même, le point de départ est également le même que lors du premier trajet. À 6 ans, il reconnaît la droite et la gauche mais uniquement par rapport à son propre corps. Puis à partir de 7 ans, il va être en mesure de reconnaître la droite et la gauche sur le corps de ses camarades. Ce stade se caractérise essentiellement par l’acquisition de la réversibilité et donc plus précisément de la décentration. L’enfant commence à percevoir les objets à partir d’un autre point de vue que le sien mais aussi à percevoir les situations spatiales et les orientations avec un début de mémorisation. Il commence à penser l’espace en dehors de lui-même, il peut se le représenter sans s’y déplacer.
De plus, LEROYER (2005) considère que pour aider les enfants à construire l’espace, il est primordial de travailler le vocabulaire spatial. Afin d’acquérir un vocabulaire spécifique, il faut que l’enseignant dans un premier temps décrive précisément les déplacements que réalisent les enfants. Ce dernier écoute et enregistre des notions spatiales avant de les réinvestir pour décrire lui-même des déplacements.
L’espace conçu : à partir de 7 ans
C’est à partir de 7 ans que l’enfant est véritablement capable de se représenter l’espace en dehors de tout déplacement. Il est en mesure de ne plus voir l’espace uniquement par rapport à lui-même. Il a donc acquit la capacité de se décentrer. De plus, il est capable de comprendre des notions complexes telles que la perspective, la lecture de plan, la représentation des volumes, la latéralité, la notion d’horizontalité et de verticalité, le repérage dans un espace en deux dimensions. L’enfant construit peu à peu l’espace projectif grâce à l’ensemble des expériences motrices qu’il a pu vivre. La construction de l’espace est très longue et fait intervenir plusieurs dimensions : la perception, le langage pour verbaliser les actions motrices réalisées, la représentation et enfin la conception.
I.3. Didactique de l’outil numérique
I.3. a. Les sources du langage informatique LOGO 7
Jean Piaget et Seymour Papert, tous les deux partisans de l’école constructiviste, considèrent que l’enfant apprend en interagissant avec son environnement. Néanmoins, ils s’opposent sur une conception. En effet, selon Piaget, si un concept n’est pas acquis c’est qu’il est trop compliqué, il sera donc assimilé ultérieurement. C’est pourquoi il construit les stades de l’intelligence de l’enfant. Papert, lui, considère que le concept n’est pas acquis car l’enfant ne dispose pas d’assez de matériaux pour l’aider à acquérir cette nouvelle notion mathématique.
Lui et son équipe élaborent alors la langage LOGO dans les années 1960. Le principe de ce langage est de commander les déplacements d’une tortue sur l’écran qui laisse des traces. L’exercice de base étant de reproduire une figure, pour cela, la programmation d’un trajet est nécessaire.
Figure 2 Tortue LOGO @copyrigth
Son projet est alors de développer une culture scientifique où l’enfant sera le principal acteur. Pour cela, il part du constat que l’apprentissage qui est réussie par tous et qui est donc le plus simple est celui de la langue. En effet, elle se construit naturellement, sans l’aide d’un professeur. Il décide alors de développer un « objet-pour-penser-avec » (SEYMOUR, 1981) que les enfants s’approprient dans le but de construire une notion mathématique. L’ordinateur va alors devenir un outil pour passer au-delà des stades piagétiens et va également permettre à l’enfant d’accéder à la pensée formelle. « C’est en étant dans le pays que l’on apprend le plus
7 A. JAILLET, L'école à l'ère du numérique : des espaces pédagogiques numériques à l'enseignement à distance
naturellement et le plus facilement à parler la langue » (SEYMOUR, 1981). Le langage LOGO devient donc le pays des mathématiques dans lequel les enfants vont acquérir diverses notions.
Seymour Papert considère que les enfants utilisant ce type d’outil numérique sont mis en contact avec l’intelligence artificielle (elle « désigne la discipline qui se donne pour but d’accroitre la capacité des machines à accomplir des performances que l’on considérerait comme marque d’intelligence si elles étaient le fait d’êtres humains. »). Ils sont alors en mesure de se confronter et de réfléchir aux processus mentaux mis en jeu dans la réalisation d’une programmation. L’intelligence artificielle permet donc à l’enfant d’établir une réflexion quant au cheminement qu’il a entrepris et finalement d’améliorer son raisonnement. Cette forme d’intelligence mise en avant grâce à l’outil informatique a également pour objectif de donner du sens aux apprentissages qui peuvent paraître abstraits pour les élèves.
L’enfant porte donc une réflexion sur sa propre pensée afin de l’améliorer et de trouver une solution au problème qu’il rencontre. Piaget, tout au long de sa carrière, considère cet aspect comme essentiel et c’est par l’utilisation de l’informatique et de la programmation que l’enfant y parvenir.
I.3. b. Les bénéfices d’un outil numérique programmable sur les apprentissages des enfants
Afin d’aider les enfants dans la construction de l’espace, l’utilisation d’un outil numérique programmable semble intéressant et permettrait de (Leroyer, 2005) :
- Faciliter le passage de l’espace vécu à l’espace représenté - Réutiliser le vocabulaire spatial
- « Familiariser les élèves avec les relations qui existent entre l’espace réel et représenté » (LEROYER, 2005)
-‐ D’apprendre par l’erreur.
Seymour Papert considère que le langage LOGO possède plusieurs avantages permettant à l’enfant d’accéder à des compétences complexes liées à la construction de l’espace. En effet, grâce à l’outil informatique et au langage LOGO, les enfants auront la possibilité de commettre des erreurs qui ne sont pas des fautes. Ce dispositif permet aussi des corrections faciles car les erreurs ne laissent pas de traces, la réitération de l’exercice est donc
infinie. Cela génère une suite d’essais, des erreurs et donc une correction de la programmation initiale. L’enfant est acteur de son apprentissage.
Le mathématicien remarque que les enfants ont tendance à effacer entièrement le programme lorsque celui est erroné. Ils ne recherchent donc pas le « bug » informatique. Pour cela, ils doivent se décentrer et se mettre à la place du robot programmable pour trouver le bon trajet. Le robot programmable permet alors à chaque élève de s’y retrouver : il n’existe pas une seule solution mais des solutions que les enfants s’approprient.
L’apparition des techniques numériques permet d’améliorer « le pouvoir des mots et des graphismes » (Seymour, 1981). Ce nouveau langage informatique a donc pour ambition de mettre en avant l’importance de la verbalisation. En effet, la programmation devient un moyen de renforcer le langage : « pour sommer un ordinateur de faire quelque chose, il faut d’abord qu’on ait décrit la marche à suivre, le processus correspondant, à un degré de précision suffisant pour que la machine puisse s’exécuter » (Seymour, p127). Le langage spatial est primordial pour communiquer avec les autres mais aussi pour verbaliser son processus et donc repérer les défauts de sa programmation. Le robot programmable est alors considéré comme étant un « objet-pour-penser-avec » ayant un impact sur le vocabulaire employé par les enfants et leurs apprentissages. (SEYMOUR)
1.3.c. Le robot pédagogique Bee bot ou Blue bot
Bee bot ou Blue bot est un robot de sol dérivé du langage LOGO inventé par Seymour Papert (1960). Il est efficace pour exercer des déplacements mais aussi la notion de latéralisation spatiale. Ce robot a une mémoire qui peut aller jusqu’à 40 instructions. Ces dernières sont décidées par les enfants à partir de 4 flèches (devant, derrière, à droite, à gauche), une touche « go » pour lancer le programme. Une autre touche « clear » permet d’effacer les instructions précédentes pour en programmer de nouvelles. Enfin une touche « pause » qui permet au robot de faire une pause d’une seconde entre les deux déplacements où elle a été insérée. Cette touche sera cachée par un pansement tout au long de la séquence d’apprentissage car elle ne présente pas d’intérêt pédagogique et pourrait avoir pour effet de complexifier la tâche des enfants. Sous la Bee bot, nous pouvons observer la présence de deux boutons : marche/arrêt (ON/OFF) et activer/désactiver le son (SOUND). C’est un robot robuste dont les déplacements sont précis : pas de 15 cm en avant ou en arrière et rotation de 90° à droite et à gauche. La programmation, s’effectuant sur le dos du robot, est simple et rapide.
Figure 3 Bee bot et Blue bot @copyright http://kleutersdigitaal.nl/bee-bot-blue-bot-actie/
Afin de mener la séquence d’apprentissage, nous allons utiliser le robot pédagogique Blue bot. En effet, celui-ci possède des fonctionnalités que le robot Bee bot n’a pas : la connexion Bluetooth qui permet la programmation de la Blue bot à partir d’une tablette. Pour cela, une application gratuite est nécessaire. Notre choix s’oriente vers la deuxième génération de robot également en raison de sa transparence. Cette propriété permet à l’enseignant de faire observer les composants ainsi que les mécanismes d’un objet technique et donc de créer un lien de transdisciplinarité avec la technologie. Toutefois, le robot Bee bot sera utilisé en début de séquence comme support de l’élément déclencheur (l’histoire de la petite abeille).
I. 4. Mise en relation entre le thème et la partie théorique
Pour aider les enfants à structurer l’espace et plus précisément à représenter des déplacements, il est important de débuter cet apprentissage dès la grande section car c’est à cet âge-là que l’enfant commence à construire le concept complexe de l’espace. (LEROYER, 2005) Dans un premier temps, l’enseignant proposera des situations d’apprentissage dans lesquelles les enfants devront manipuler, explorer l’espace avec leur propre corps. C’est pendant cette phase que l’enfant va découvrir l’espace avec ses propres perceptions. Puis les situations initiales seront petit à petit transposées par rapport au robot programmable. Ce transfert permet à l’élève de continuer à manipuler tout en l’obligeant à se décentrer. C’est un exercice difficile qui demande beaucoup de concentration mais qui sera en quelque sorte facilité par l’attrait de l’outil numérique. Enfin, cette décentration sera davantage accentuée par la représentation des déplacements. Tout au long de ce cheminement, l’enseignant puis les enfants devront expliquer les déplacements qu’ils auront produits ou fait produire (à un camarade ou au robot) avec un vocabulaire spatial précis. Cette dernière compétence concourt pleinement à la construction de l’espace et à sa représentation. (LEROYER, 2005)
Deuxième partie : Problématique
II. 1. Problématique
Piaget cherche à comprendre comment se développent les connaissances spatiales au travers de la science psycho-génétique. Il reconnait une certaine complexité dans cette notion qu’est la structuration de l’espace car deux plans sont mis en jeu : le plan sensori-moteur et le plan représentatif. Piaget décrit des stades de développement de la structuration de l’espace selon des tranches d’âge. Tout d’abord, de 0 à 3 mois, l’enfant n’a pas d’emprise sur l’espace, il subit les déplacements que lui imposent ses proches. À partir de 3 mois et jusqu’à l’âge de 2 ans, l’enfant manipule, explore son environnement en déplacement : c’est l’espace sensori-moteur ou l’espace vécu. L’enfant a besoin de ses sens pour découvrir et faire l’expérience de l’espace qu’il perçoit dans son champ de vision.
À la suite et en complémentarité de cet espace perceptif, se construit l’espace représentatif où l’enfant devient peu à peu capable d’évoquer par le langage, des images ou des dessins indépendamment de l’action. C’est la première marque de décentration par rapport à l’espace. L’objectif à partir de la classe de grande section sera de se diriger progressivement vers un espace global et cohérent afin que l’élève situe les choses les unes par rapport aux autres et pas seulement par rapport à lui-même. Cette décentration s’acquiert sur un temps long et ne se concrétisera qu’à partir de 6 ans.
Le bulletin officiel spécial n°2 du 26 mars 20153 stipule que les élèves de grande section doivent vivre de multiples expériences spatiales dont le but final serait d’anticiper divers déplacements. L’enfant sera donc dans l’action, en utilisant son propre corps pour accéder à des notions spatiales mais également pour acquérir le vocabulaire topologique nécessaire pour transmettre un message à une autre personne et se faire comprendre par autrui. Les programmes 2015 de l’école maternelle ne stipulent pas clairement l’utilisation d’un robot pédagogique mais c’est un outil numérique qui peut être un support à la construction d’un code commun afin de coder un parcours. De plus, le robot Blue bot ou tout autre robot permettrai d’induire une certaine décentration de la part de l’élève.
Les programmes 2015 considèrent que le passage par le corps en vue de l’acquisition de notions spatiales est primordiale. L’enfant a besoin de vivre des expériences, pour
comprendre et se représenter l’espace, dans le méso-espace (BROUSSEAU, 2001)8. En effet, Brousseau distingue trois espaces différents dans lesquels une tâche peut être plus ou moins difficile selon la taille de l’espace dans lequel elle intervient : le micro espace, le méso espace et le macro espace. Le sujet se situe à l’extérieur du premier espace car il peut en avoir une vue complète soit immédiate soit par déplacement de l’objet. Il correspond à l’espace de la feuille. Les élèves seront de plus en plus amenés à travailler dans cet espace. Le méso espace, quant à lui, correspond à la salle de classe, la cour de récréation, la salle de motricité. L’élève, cette fois-ci, se situe à l’intérieur de cet espace mais il en contrôle l’ensemble par la vision. Un certain niveau de conceptualisation lui est cependant nécessaire pour coordonner des points de vue différents. Enfin, dans le macro espace, le sujet se situe à l’intérieur de celui-ci mais il ne peut pas l’appréhender en une seule fois. La coordination des points de vue se fait mentalement dans le but de construire une vision globale de cet espace. Le macro espace correspond donc à l’espace de l’école, du quartier de la ville.
Au cours de cette séquence d’apprentissage, les séances sont construites pour essayer de répondre à ce questionnement. Dans un premier temps, les élèves doivent construire une programmation en binôme sur un grand tapis quadrillé puis aller le vérifier en programmant le robot pédagogique Blue bot sur un tapis plus petit adapté à ses déplacements. D’après Brousseau et sa description des trois espaces, nous pouvons penser que la première phase de chaque séance se situe dans le méso espace dans lequel les élèves ont la possibilité d’expérimenter avec leur propre corps. Cependant, j’émet une incertitude quant à la nature de l’espace dans lequel les élèves évoluent lors de la deuxième partie de séance. En effet, le tapis de la Blue bot est plus grand qu’une feuille mais le robot ne quitte pas cet espace donc il reste toujours dans le champ de vision de l’élève. Il n’a pas à se déplacer pour observer le déplacement du robot et donc évaluer sa programmation. Nous nous rapprochons donc du micro espace défini par Brousseau. De plus, je constate également que la phase d’exploration et de recherche sur les grands tapis occupe un espace assez restreint qui est lui aussi perceptible d’un seul coup d’œil. Nous pouvons alors nous demander si les élèves travaillent
8
Guy Brousseau. Les propriétés didactiques de la géométrie élémentaire. L’étude de l’espace et de la géométrie. Université de Crète. Les propriétés didactiques de la géométrie élémentaire; l’étude de l’espace et de la géométrie, Apr 2000, Rethymnon, Grèce. pp.67-83, 2001. <hal- 00515110> (p.7)
véritablement dans le méso espace ou s’ils agissent dans le micro espace légèrement agrandi qu’ils peuvent percevoir d’un coup d’œil.
Le travail autour de la structuration de l’espace a pour objectif de coder un parcours à l’aide d’un code commun (cartes flèches) compréhensible par tous et plus largement de conduire les élèves à se décentrer. Pour cela, nous utiliserons un robot pédagogique nommé Blue bot. Les élèves pourront alors imaginer les déplacements de l’outil numérique puis les coder.
II. 2. Méthodologie
II. 2. a. Présentation de l’école
La séquence a été mise en œuvre à l’école maternelle du Carboué à Mont-de-Marsan (40). L’école se situe à proximité du quartier Maridor accueillant les gendarmes et leur famille, du nouveau quartier Peymeignant où les habitants du Peyrouat ont été relogés et du foyer départemental de l’enfance qui est juxtaposé à l’école. Cette dernière accueille donc une population très hétéroclite. À cela s’ajoute l’accueil des enfants du voyage qui apporte un peu plus de diversité. L’école maternelle ne comporte que trois classes de simple niveau : TPS/PS (19 élèves), MS (22 élèves) et GS (26 élèves).
II. 2. b. Présentation de la classe de grande section
Nous allons nous intéresser plus précisément à la classe de grande section de maternelle dans laquelle s’est déroulée la séquence d’apprentissage. Cette classe est composée de 26 élèves : 13 filles et 13 garçons en début de troisième période. Cependant, en son sein, nous comptons trois enfants du foyer départemental de l’enfance ainsi que des enfants du voyage (deux au maximum). Ceci est une caractéristique très importante à signaler car elle influe très largement sur le nombre d’élèves présents lors des séances d’apprentissage ainsi que sur le nombre total d’élèves dans la classe. En effet, nous constatons une très faible assiduité pour la petite fille du voyage. De plus, un autre enfant du voyage est arrivé en cours de séquence et est reparti avant son terme. Durant la période 3, au cours de laquelle la séquence a été mise en place, un enfant du foyer a quitté la classe car il a été placé dans une nouvelle famille. Nous pouvons enfin noter qu’en début de période 4 un nouvel élève a fait son entrée dans la classe pour les deux dernières séances. Le nombre d’élèves dans la classe de grande section, entre le 3 janvier et le 15 mars 2017 a varié entre 24 et 27 élèves. Cette fluctuation provoque de nombreux rappels au début de chaque séance pour que les nouveaux élèves comprennent ce
que l’on est en train de faire. Cependant ces répétitions sont aussi bénéfiques aux autres élèves car chaque séance est séparée d’une semaine.
Le groupe classe est le même depuis la petite section et est difficile à gérer au niveau du comportement des élèves. En effet, individuellement, les élèves de grande section sont calmes et entrent facilement dans les apprentissages. Néanmoins, lorsqu’il s’agit de travailler en groupe classe ou en binôme, les comportements déviants refont surface et perturbent les apprentissages. En accord avec l’enseignante de la classe, des sanctions seront prises quasi instantanément (renvoi dans la classe) pour ne pas gêner davantage la séance.
II. 2. c. Le niveau des élèves aux évaluations
Dans cette classe de grande section où la moyenne d’âge est de 5 ans, dix-huit élèves ne présentent pas de difficultés majeures dans les apprentissages, 3 sont davantage en difficulté dans plusieurs domaines d’apprentissage de la maternelle (graphisme, numération, langage) et enfin 3 élèves font face à des difficultés pouvant s’expliquer par leurs trop nombreuses absences, leur arrivée tardive dans la classe ou bien leur contexte familial très délicat.
Au cours de la période 2 (du 3 octobre au 16 décembre 2017), trois ateliers ont été mis en place concernant la structuration de l’espace avec la maîtresse de grande section. L’atelier n°1 (Les tableaux à picots (1)) avait pour objectif de suivre, d’écrire et représenter un parcours : reproduire un trajet en reliant des points à main levée. Les élèves doivent dans un premier temps reproduire un parcours sur le tableau à picots à l’aide d’un morceau de ficelle puis le reproduire sur une fiche reproduisant le réseau de point et enfin reproduire sur le tableau un trajet dessiné sur la fiche.
Dans le deuxième objectif, les élèves doivent tracer un chemin codé toujours sur le tableau à picots puis coder un chemin.
Le troisième et dernier atelier se déroule en atelier autonome et fait office d’évaluation. Les élèves ont pour consigne de reproduire un trajet en reliant des points à main levée.
Image 1 : Résultats atelier dirigé n°1 Image 2 : Résultats atelier dirigé n°2
Image 3 : Résultats atelier n°3
Les ateliers proposés n’ont pas abordé le déplacement d’un objet sur un quadrillage et le vocabulaire topologique n’a pas été étudié en détail. Ces éléments feront l’objet de la séquence d’apprentissage présenté dans ce mémoire. De plus, le codage faisait référence à des points de couleurs ou des formes géométriques ce qui peut constituer une base pour le codage commun proposé en lien avec le robot pédagogique Blue bot.
II. 2. d. Le lieu de réalisation de la séquence d’apprentissage
Les séances ont eu lieu tous les mercredis matin du 3 janvier au 15 mars 2017 en demi-classe en salle de garderie entre 9h20 et 11h30. Toutes les séances ont eu lieu dans la même salle : celle de la garderie. En effet, il était nécessaire d’avoir une grande salle afin d’étendre six tapis au sol. De plus, les séances nécessitent de nombreux déplacements dans le but d’expérimenter d’abord par le corps. Un grand volume sans obstacles (meubles, chaises, tables) était donc indispensable au bon déroulement de la séquence d'apprentissage.
Image 4 : Salle de garderie Image 5 : Aménagement de la salle de garderie
II. 2. e. Les moyens d’observation
Dans le but de pouvoir analyser la séquence d’apprentissage proposée aux élèves mais également par la même occasion leurs comportements et leurs réponses aux activités proposées, toutes les séances ont été filmées deux fois (une vidéo par demi-groupe). Lors des séances numéro une et deux, une seule caméra a été mise en place puis une seconde a été nécessaire pour avoir un aperçu des différents espaces de travail dans la salle de garderie. Une caméra était orientée en direction des tapis à taille humaine où les enfants manipulent les cartes, se déplacent sur le tapis, élaborent leur programme. La seconde était placée au niveau du coin regroupement dans lequel les élèves ont la possibilité de manipuler les robots pour leur transmettre le programme construit avec son binôme. Dans cette zone, un adulte était toujours présent afin d’aider les élèves dans leur manipulation, d’orienter correctement le robot sur la case départ et de faire respecter les règles en matière de respect du matériel numérique (Annexe 1). De plus, ces vidéos seront un appui indispensable pour approfondir l’observation et l’évaluation des élèves.
II. 2. f. Le matériel utilisé
Pour mener à bien cette séquence d’apprentissage, un certain matériel est indispensable. Tout d’abord, six robots pédagogiques Blue bot sont nécessaires lors de la première séance pour permettre aux élèves de s’approprier l’outil numérique en le manipulant librement. Pour la suite des séances, les manipulations des robots pédagogiques sont sous le contrôle de l’enseignant donc deux robots sont suffisants.
Tout au long de la séquence, les élèves auront pour objectif de construire des programmations afin d’aider le robot à retrouver sa maison. Pour cela, ils disposeront de
matériel varié. Lors des séances 2 et 3, des cartes représentant des formes géométriques seront utilisées en référence aux tapis sur lesquels figurent les mêmes formes.
Pour toutes les autres séances, les cartes « formes géométriques » seront remplacées par les cartes « flèches ». Les symboles sont les mêmes que ceux représentés sur les touches des Blue bot. De plus, ces cartes ont été agrémentées d’une gommette ronde afin d’indiquer l’orientation de la carte aux élèves. Ainsi, les flèches « tourner à droite » et « tourner à gauche » peuvent être plus facilement différenciées.
Image 6 : Cartes utilisées par les enfants pour coder les parcours
Pour finir, les élèves ont besoin d’un support pour poser les cartes dans le bon ordre et pour transporter leur programmation jusqu’à la zone d’essai avec le robot pédagogique. Ils ont donc utilisé une bande de papier blanc plastifié avec une gommette positionnée sur le côté gauche pour indiquer le sens d’écriture de la programmation (écriture de la gauche vers la droite). Cependant, en cours de séquence, j’ai remarqué que cette gommette ne suffisait pas car les élèves orientaient la bande de papier dans n’importe quel sens. J’ai donc ajouté un trait vert en bas de la bande et une flèche pour insister encore davantage sur l’orientation du support.
Afin d’élaborer les programmations mais aussi de les tester, les élèves disposent de tapis (six) sur lesquels ils ont la possibilité de se déplacer exactement comme Blue bot (exemple : rotation sur place puis on avance d’une case). Par la suite, les élèves utilisent les tapis conçus spécifiquement pour le robot pédagogique (cases 15x15cm) pour tester leur programmation sur ce dernier.
Image 8 : Tapis à taille humaine Image 9 : Tapis adapté aux déplacements du robot
Pour terminer, des cartes « départ » et « arrivée » illustrées seront également nécessaires pour indiquer le début et la fin du trajet.
II. 2. g. La séquence d’apprentissage
Domaine 5 : Explorer le monde
Séquence : Aide Blue Bot à retrouver sa maison
Périodes 3 et 4 Cycle : 1 Niveau :Grande section
Nombre de séances : 8 Objectifs et attendus de fin de cycle (BO 2015) :
-‐ S’approprier un nouvel outil numérique et l’utiliser de manière adaptée : le robot (blue bot et une tablette)
-‐ Associer les touches du robot à l’action qu’elles permettent de réaliser et inversement. -‐ Apprendre à se représenter des déplacements pour se repérer dans l’espace.
Objectifs de la séquence :
-‐ Se repérer dans un espace limité (le tapis)
-‐ Anticiper les déplacements que le Blue bot doit effectuer (décentration) : coder un déplacement.
Objectif langagier :
-‐ Acquérir un vocabulaire spatial adapté : droite, gauche, devant, derrière.
N° Durée Objectifs Déroulement Organisation /
Matériel Séance 1 : Bonjour Blue bot Période 3 11 janvier 2017 30 min Objectif principal (utiliser, fabriquer ou manipuler des objets) : Découvrir un nouvel outil numérique : un robot Blue Bot Objectif langagier : Décrire les composants du robot : roue, moteur, pile.
1) Lecture de l’histoire Bee Bot + découverte du robot (description de ses composants)
2) Découverte – manipulation libre de la Blue Bot.
3) Mise en commun – bilan des recherches.
Organisation : Demi- classe Matériel : • Une Bee bot
dans sa boîte et l’histoire • 6 Blue Bot (1 par binôme) Séance n°2 : Aide ton copain à se déplacer jusqu’au fruit. Période 3 18 janvier 2017 30
min Objectif principal : Coder un déplacement à l’aide des cartes. Objectif langagier : Utiliser un vocabulaire des formes géométriques et des couleurs (rond jaune…) Objectif transversal : Réinvestir le nom des formes géométriques : rond, triangle, carré, rectangle.
1) Phase de recherche : codage oral du déplacement à l’aide des formes géométriques. 2) Mise en commun : c’est
difficile de retenir tout le chemin d’un seul coup : on peut utiliser des cartes.
3) Phase d’entrainement de codage avec les cartes « formes géométriques ». 4) Bilan
Organisation : Demi-classe Travail en binôme Matériel : -6 tapis à taille humaine avec des formes géométriques de différentes couleurs. -‐Des cartes représentant les formes géométriques du tapis + carte « départ ».
Séance 3 : Tu es un robot / Je te programme (1) Période 3 25 janvier 2017 40 min Objectif principal : Faciliter la compréhension des déplacements de Blue Bot sur un quadrillage. Objectif langagier : Employer un vocabulaire spatial précis : avancer, reculer, tourner, droite, gauche.
1) Jeu du robot sans les cartes
2) Jeu du robot avec les cartes « formes géométriques ». Organisation : Demi-classe puis en binôme. Matériel : des tapis à taille humaine, des objets pour poser sur les cases du quadrillage, un tapis Blue bot
pour la
démonstration des
déplacements + une Blue bot, les cartes « flèches ». Séances 4 et 5 : Tu es un robot / Je te programme (2)
À réitérer (x2) Période 3 1 et 8 février 2017 40
min Objectif principal : Anticiper les déplacements que la Blue bot doit effectuer et écrire cette programmation. Objectif langagier : Employer un vocabulaire spatial : avancer, reculer, tourner, droite, gauche, démarrer.
1) Rappel de la séance précédente.
2) Jeu du robot sans les cartes (réitération de l’exercice de la séance précédente)
3) Programmation du déplacement avec les cartes puis vérification en programmant le robot. Organisation : Demi-classe puis en binôme. Matériel : idem séance précédente. Séance 6 : La trace écrite Période 3 15 février 2017 30
min Objectif principal : Coder un déplacement
Objectif langagier : Utiliser un vocabulaire
topologique précis pour décrire son codage.
1) Passation de la consigne 2) Réalisation de l’atelier
Organisation : Demi-classe Puis travail individuel Matériel : Tapis Blue bot + 2 Blue bot Fiche de travail élève.
Séances 7 et 8 : Programmation avec la tablette numérique.
À réitérer (x2) Période 4 8 et 15 mars 2017 35 min Objectif principal Coder des déplacements à l’aide d’étiquettes puis d’une tablette numérique.
Objectifs transversaux : - Utiliser un objet numérique la tablette. - Acquérir un vocabulaire spécifique : tablette numérique, écran tactile, logiciel.
1) Présentation du nouvel outil numérique : la tablette (rappel lors de la séance 8).
2) Programmation avec les cartes puis retranscription de la programmation sur la tablette.
3) Mise en commun : comment arrive-‐t-‐on à déplacer le robot sans utiliser les touches sur son dos ? Organisation : Demi-classe pour les consignes puis binôme. Matériel : Les tapis taille humaine et pour le robot. Les bandes supports, la patafixe. Les cartes départ, arrivée et flèches. 3 tablettes numériques.
Troisième partie : analyse et
interprétations
III. 1. Les analyses et interprétations
III. 1. a. Présentation et manipulation du robot pédagogique (séance n°1)
Cette première séance avait pour objectif principal de mettre en place en contexte ludique permettant à tous les élèves de s’investir dans la tâche. Pour cela, l’histoire de la petite abeille Blue bot a été racontée. Les enfants ont eu la possibilité de donner un nom à ce nouvel objet afin de se l’approprier davantage pour qu’il devienne un compagnon de la classe jusqu’à ce que l’on parvienne à le ramener chez lui. Les élèves ont bien adhéré à l’histoire car au cours de plusieurs séances d’apprentissage, ils me demandaient de dire bonjour ou au revoir à « Marat » ou « Vahiana » (un prénom différent dans chaque groupe). Ils prenaient aussi régulièrement de ses nouvelles pour savoir si elle allait mieux (car dans l’histoire, sa tête cogne violemment le sol puis elle perd connaissance).
Après la lecture de l’histoire, les élèves ont découvert le robot emmitouflé dans une petite boîte noire. Pour pouvoir décrire les différents composants plus précisément, j’ai montré aux élèves une Blue bot qui est plus facile à observer car elle est transparente. Les élèves ont d’abord insisté sur les touches que la fée a installées sur le dos du robot pédagogique. Pour cela, ils ont employé un vocabulaire topologique « droite » et « gauche » mais le mot ne correspondait pas à la bonne touche. J’ai alors pu constater que les élèves connaissaient le vocabulaire spatial mais qu’ils ne le maitrisaient pas encore. La touche « avancer tout droit » n’a posé aucun problème mais les élèves avaient tendance à assimiler la même action à la flèche « reculer ». Pour eux, les deux flèches étaient similaires mais n’étaient pas orientées de la même manière. Cela m’a également posé un problème ultérieurement dans la séquence lorsque les élèves ont dû coder les parcours. En effet, je n’ai pas fourni de cartes « reculer ». Les élèves ont tout de suite été surpris par le pansement qu’avait le robot sur son dos. Je leur ai donc expliqué que dans la tempête il s’était cogné, il ne faut donc pas toucher le pansement sinon nous allons lui faire mal. Cette histoire a bien fonctionné car les enfants n’ont pas touché le pansement de peur de le blesser davantage.
Au niveau de la description des composants du robot, un groupe a été plus précis que l’autre. Il a mentionné la présence de deux roues qui permettent au robot d’avancer, de fils électriques à l’intérieur du robot et également d’un moteur. C’est ce dernier élément qui a été mis en avant par un seul des deux groupes. La description est tout de même restée assez sommaire mais suffisante pour des élèves de grande section.
La plus longue phase de cette séance consistait en une manipulation libre des robots pédagogiques en binôme. Au début, les élèves appuient sur les touches sans connaître les actions quelles vont produire. Ils ne prennent en général pas le temps d’observer le déplacement du robot par rapport à ce qu’ils lui ont demandé de faire. De plus, ils ne laissent pas le programme se terminer, ils appuient sur d’autres touchent alors que le robot est toujours en mouvement. Les élèves s’interrogent beaucoup quant à l’utilisation des différentes touches et du robot en général : « Ça sert à quoi la croix ? », « Elle ne s’arrête plus ! », « Il ne veut pas avancer tout droit ! », « Il ne marche pas notre robot ! » ou encore « Il ne fait pas ce que je lui ai dit de faire ! ».
L’immense majorité des groupes a eu besoin d’un étayage pour trouver des réponses à leurs questions. En effet, je guidais leur réflexion et leur recherche en les interrogeant : « As-tu trouvé à quoi sert cette touche ? Que se passe-t-il lorsque As-tu appuies dessus ? Le robot a-t-il fait ce que tu lui as demandé de faire ? Sur quelle touche appuies-tu pour le faire avancer tout
droit ? ». Les élèves restent souvent perplexes devant ce petit engin qu’ils ne maitrisent pas encore tout à fait. Deux groupes ont réussi à trouver seuls le fonctionnement de Blue bot mais c’était encore très fragile. En effet, ils ne savaient pas m’expliquer comment ils avaient fait pour la faire avancer. On constate que l’utilisation de la touche « Go » devient rapidement un automatisme mais celle de la touche « X » (effacer le programme précédent) reste très difficile et devient chez certains élèves un obstacle à la prise en main de cet outil numérique. En effet, s’ils oublient d’appuyer sur cette touche, le robot n’obéira pas à leur programmation, ce qui provoque chez eux de l’incompréhension. Toutefois, à la fin de la séance, quasiment la totalité des élèves ont compris le mode de fonctionnement du robot mais il aurait fallu davantage de temps pour qu’ils l’utilisent de manière aisée et spontanée.
En fin de séance, une mise en commun sur la manière de déplacer le robot permet de mettre en avant la façon spécifique qu’a le robot de tourner : il tourne sur lui-même. Ce phénomène est encore difficile à intégrer car les élèves n’ont pas encore manipulé le robot sur le tapis. C’est à partir de là que les élèves vont véritablement s’en rendre compte.
Au cours de cette séance, les élèves ont été motivés et plutôt excités par la manipulation du robot pédagogique tout en restant focalisés sur la tâche demandée. En effet, c’est un outil numérique nouveau qu’ils ne connaissent pas et qu’ils n’ont pas l’habitude d’utiliser à l’école. Lors du travail de recherche en binôme, ils ont eu du mal à laisser leur camarade appuyer seul sur les touches : les deux élèves manipulaient en même temps. Une solution aurait été de donner des rôles dans chaque binôme : un élève manipule et l’autre observe pour comprendre le fonctionnement du robot, puis inversement. Cela aurait peut-être permis d’accélérer la prise en main de Blue bot mais aurait été difficile à mettre en place et à faire respecter étant donné l’excitation des élèves au cours de cette activité. Pour atténuer ce plaisir, il aurait fallu mettre une Blue bot à disposition le matin à l’accueil. Cette mise en œuvre n’a pas été possible car la classe dans laquelle j’ai mis en place cette séquence n’est pas la mienne et le matériel étant fragile je ne pouvais pas le laisser sans surveillance.
Image 10 : Phase de recherche en binôme
III. 1. b. Première approche du codage avec des formes géométriques (séance n°2)
Cette séance a pour objectif principal de faire émerger l’importance d’un code commun pouvant être utilisé pour coder un parcours. Dans un premier temps, les formes géométriques figurant sur les tapis sont utilisées puis en fin de séance l’idée d’un codage plus propice au déplacement du robot est mise en avant. Cette séance permet également de faire respecter à minima le déplacement du robot : il se déplace de case en case. Mais les rotations sur soi-même ne sont pas possibles ici. Nous pouvons remarquer que cette deuxième séance n’oblige pas les élèves à se décentrer, elle leur permet donc d’entrer progressivement dans la séquence et d’être en réussite. D’abord, les élèves expliquent à l’oral le chemin pour parvenir à la case arrivée puis ils utilisent les cartes pour coder le parcours. Pour mener à bien ce travail de codage, les élèves ont employé des stratégies diverses et variées.
o Les stratégies mises en œuvre par les élèves
Lors de la première phase, les élèves n’avaient pas de matériel à disposition hormis un grand tapis par binôme où figurent des formes géométriques de couleurs différentes dans chaque case. Trois stratégies ont été observées :
• Environ la moitié des élèves utilise le vocabulaire géométrique adéquat (triangle, rond, carré, rectangle) associé à la bonne couleur pour permettre à son camarade de se déplacer et de récupérer le fruit sur la case arrivée. Ces groupes-‐là sont généralement en réussite.
• L’autre moitié montre avec le doigt la case sur laquelle il souhaite que son camarade se déplace. Cette stratégie est principalement employée par les élèves n’ayant pas acquis correctement le vocabulaire géométrique. C’est donc une stratégie d’évitement. Nous constatons tout de même que les membres des groupes utilisant cette méthode ont des difficultés à se comprendre. Ce n’est donc pas une stratégie efficace pour communiquer clairement un parcours à son binôme.
• Un seul groupe a immédiatement et spontanément employé un vocabulaire spatial. Il ne s’est donc pas aidé des figures géométriques ainsi que des couleurs pour construire le parcours. Cependant, l’utilisation du vocabulaire reste assez confuse : la droite et la gauche sont inversées par le programmateur et l’élève jouant le robot ne tourne pas du bon côté non plus. Les élèves de ce groupe montrent alors avec le doigt la direction à prendre en même temps que de l’expliquer à l’aide du vocabulaire topologique
Au cours de la deuxième phase de la séance, les élèves ont à disposition des cartes représentant les mêmes figures géométriques que sur le tapis. À partir de là, les élèves ont choisi de mettre en place certaines stratégies qui ont ensuite évoluées ou non.
J’ai observé un groupe, dont le niveau est assez faible, ayant trouvé comme solution de poser les cartes sur les cases correspondantes. Ainsi, le programmateur visualise d’abord la case sur laquelle il souhaite que son camarade se rende, puis il identifie la forme géométrique et sa couleur afin de trouver la bonne carte. Pour éviter de donner le nom de cette figure, il pose la carte sur la bonne case et le binôme peut ainsi se déplacer. Ils ont donc trouvé une stratégie d’évitement du vocabulaire géométrique. Néanmoins, ce groupe n’a qu’un pas à faire pour obtenir une programmation correcte : ranger les cartes dans l’ordre dans lequel ils les ont posées sur le tapis.
Une deuxième stratégie a été mise au point. Elle consiste à montrer la carte permettant au camarade de savoir sur quelle case il doit se déplacer. Cependant, aucun vocabulaire spécifique, ni géométrique ni spatial, n’est employé ici. De plus, une fois le déplacement
