Robots et Objets connectés en éducation,
un monde de données et d’apprentissage
Institut Français de l’Education – ENS de Lyon
#RNRE20
Des outils numériques pour quoi faire ?
Des outils numériques pour quoi faire ? Plaidoyer pour une prise en compte
des tâches et des contenus d’apprentissage
André Tricot EPSYLON
Université Paul Valéry Montpellier 3
Introduction : tâche et connaissance
Les humains apprennent très bien en faisant. Ils
apprennent ce qu’ils font. Ils font ce qu’ils apprennent.
L’apprentissage humain, c’est quoi ?
Modifier de façon durable ses connaissances et comportements sous l’effet de l’expérience
Individu (a des)Connaissances Actions permettent
modifient
Environnement
Autres individus Objets Documents
• Globalement ça marche bien : l’individu s’adapte à son
environnement, par l’action, en fonction des buts qu’il poursuit
• Connaissance = régularité repérée dans l’environnement
<- Buts
Introduction : tâche et connaissance
Les humains apprennent très bien en faisant. Ils
apprennent ce qu’ils font. Ils font ce qu’ils apprennent.
Mais parfois ça ne suffit pas : on enseigne aux
étudiants / aux élèves au lieu de les envoyer en stage /
de les laisser grandir tranquillement
L’apprentissage par enseignement
Pourquoi ?
• Parce que parfois les apprentissages adaptatifs ne suffisent plus
• Notamment pour préparer à des environnements futurs, accélérer l’apprentissage
Individu (a des)Connaissances permettent Actions modifient
Environnement
Autres individus Objets Documents Enseignant
définit
régule
modifie
conçoit
<- Tâches impliquent
Comment ?
Introduction : tâche et connaissance
Les humains apprennent très bien en faisant. Ils
apprennent ce qu’ils font. Ils font ce qu’ils apprennent.
Mais parfois ça ne suffit pas : on enseigne aux
étudiants / aux élèves au lieu de les envoyer en stage / de les laisser grandir tranquillement
Situation d’enseignement : distinction tâche /
connaissance
Introduction : tâche et connaissance
Par exemple, selon Misirli et Komis (2014), cités par Margarida Romero hier, la robotique pédagogique « se réfère à la pratique de l’enseignement au cours de
laquelle les élèves utilisent les robots (tâche) pour construire des connaissances pour les robots eux- mêmes ou avec l’aide des robots » (p. 99).
Situation d’enseignement : distinction tâche / support pour la tâche / connaissance
Questions
• Quelles tâches sont possibles / améliorées avec les robots ?
• Quelles connaissances peuvent être (mieux) apprises avec
les robots ?
Sachant que
Réaliser la tâche : exigeant
Traiter le support de la tâche : exigeant
Apprendre la connaissance : exigeant
L’hypothèse selon laquelle ces trois exigences s’additionnent tient la route depuis 20 ans
Quand c’est trop exigeant : les élèves n’apprennent pas
Quand ce n’est pas assez exigeant : risque de
désengagement, sous-engagement
Quand les supports sont numériques, quels sont les apports ?
Premières méta-analyses (Ahmad & Lily, 1994 ; Fletcher-Flinn &
Gravatt, 1995 ; Kulik, 1994 ; Liao, 1992) : pas de conclusion, « ça dépend » (des outils, des élèves, des contenus enseignés, etc.).
Les méta-analyse de second ordre (Tamim et al. 2011; Bernard et al. 2018) : idem, effet positif mais modéré (d = 0,35 ; g = 0,29)
Erica de Vries (2001)
• les fonctions pédagogiques comme des « entrées » : triplet outil – fonction – tâche élève
• il est possible d’examiner une littérature qui est non seulement spécifique mais assez cohérente.
Bernard et al., (2018) : « L'une des conclusions, probablement la
plus essentielle et partagée par la majorité des méta-analyses [les
plus solides], est l'importance des divers aspects pédagogiques
de l'utilisation de la technologie. Les outils efficaces soutiennent et
intensifient l’interaction entre l’élève et le contenu à apprendre »
1. Présenter de l’information
Définition
• Montrer des textes ou des images (fixes ou animées), faire écouter des sons (parole, …).
• L’activité attendue est de percevoir et de traiter cette information, mais surtout de la comprendre.
Exemples d’activités et d’outils numériques
• « cours magistraux » et d’étude
• activités réputées passives, alors qu’il n’en est rien (Fiorella & Mayer, 2015).
• outils : diaporamas, vidéos, documents multimédia, etc.,
Plus-values et limites
• Représenter ce qu’on ne savait/pouvait pas représenter.
• Enrichir les informations présentées, mais avec le risque de saturer la
présentation. Effet bénéfique de l’intégration spatiale et temporelle (Ayres &
Sweller, 2014).
• Favoriser l’interaction avec les contenus, mais exige de prendre des décisions, d’établir une cohérence propre au parcours de lecture (Amadieu, 2015).
• Présenter des sommaires interactifs, plus-value attestée pour soutenir la lecture d’hypertextes, mais spécifiquement pour les élèves novices (Amadieu &
Salmeron, 2014)
2. Lire et comprendre un texte, apprendre à lire
Définition
• Lecture – compréhension de texte au sens strict
Exemples d’activités et d’outils numériques
• La lecture intégrale d’un texte, dans un but de compréhension.
• Outils numériques pour l’apprentissage de la lecture
Plus-values et limites
• Apprentissage de la reconnaissance du mot écrit : effet positif quand l’outil a été bien conçu (Potocki & Billottet, 2019).
• Apprentissage de la compréhension : effet positif mais faible (Takacs, Swart &
Bus, 2015 ; Cheung et Slavin (2012), mais plus fort si outil couplé à des modalités d’enseignement pertinentes + formation des enseignants.
• Tâches de lecture, : support numérique (un peu) plus exigeant que papier (Delgado, Vargas, Ackerman & Salmerón, 2018).
- avantage de la lecture du support papier disparaît quand le lecteur lit à son rythme - avantage de la lecture sur papier est obtenu sur les textes informatifs (g = 0,27)
mais pas avec les textes narratifs (g = 0,01)
• Tâches de compréhension de textes non-linéaires : compréhension plus difficile
3. Écouter un document sonore, écouter un texte sonorisé
Définition
• Écoute de matériaux sonores enregistrés (musiques, sons naturels, langage oral, textes lus). Chaque élève peut
écouter individuellement.
• Enjeu de l’écoute : comprendre, décrire, traduire, etc.
Exemples d’activités et d’outils numériques
• Écoute d’une œuvre musicale, un texte lu en langues vivantes étrangères, en langue maternelle
Plus-values et limites
• Effet de l'information transitoire (transient information effect ; Leahy & Sweller, 2011)
• Difficulté à prendre la décision de faire des pauses et de
revenir en arrière, double-peine (Roussel & Tricot, 2014)
4 Regarder / lire un document multimédia
Définition
• Document multimédia : plusieurs modalités sensorielles (vue, ouïe) et plusieurs registres sémiotiques (linguistique, pictural).
• Les élèves doivent encoder des informations différentes, comprendre et mettre en relation.
Exemples d’activités et d’outils numériques
• Idem « Présenter de l’information »
Plus-values et limites
• Vertus imméritées (Clark & Feldon, 2014) : améliore
l'apprentissage, la motivation, l’autonomie, le contrôle de la séquence d’enseignement par l’élève, l’interactivité, etc.
• Effets obtenus (Mayer, 2014) : principe multimédia ; principe de contiguïté spatiale et temporelle ; principe de modalité, de
redondance, de segmentation, de cohérence (détails
séduisants, de signalisation, de personnalisation, voix et image.
5 Regarder une vidéo, une animation 6 Prendre des notes
7 Poser des questions, demander de l’aide 8 Rechercher de l’information
9 Résoudre des problèmes et calculer 10 S’entrainer
11 Jouer 12 Motiver 13 Coopérer
14 Apprendre à distance
15 Évaluer, s’autoévaluer, suivre les progrès et les difficultés des élèves
Autres fonctions pédagogiques liées au numérique
16 Créer un objet technique, une œuvre picturale ou sonore
17 Produire un texte, un document, seul ou à plusieurs
18 Programmer
19 Découvrir des concepts abstraits
20 Faire émerger des idées, développer sa créativité
21 Expérimenter
22 Apprendre à faire sur simulateur ou en réalité virtuelle
23 Mémoriser, apprendre par cœur
16 Créer un objet technique, une œuvre picturale ou sonore
17 Produire un texte, un document, seul ou à plusieurs
18 Programmer
19 Découvrir des concepts abstraits
20 Faire émerger des idées, développer sa créativité
21 Expérimenter
22 Apprendre à faire sur simulateur ou en réalité virtuelle
23 Mémoriser, apprendre par cœur
16 Créer un objet technique, une œuvre picturale ou sonore
Définition
• Les élèves doivent eux-mêmes définir le but.
Exemples d’activités et d’outils numériques
• La création musicale assistée par ordinateur à l’école.
• Concevoir un objet technique.
• Créer une œuvre picturale.
Plus-values et limites
• La littérature assez limitée
• Plusieurs études conduites par Perrine Martin (Martin, 2007 ; Martin & Ravestein, 2006 ; Martin, Amigues, &
Velay, 2007 ; Picard, Martin, & Tsao, 2014) montrent
qu’il est tout à fait possible de conduire des études
comparatives dans le domaine.
18 Programmer
Définition
• Depuis bientôt 40 ans, comme moyen d’apprendre autre chose, ou but même de l’apprentissage
Exemples d’activités et d’outils numériques
• Enseignement de la programmation peut être conçu comme un moyen d’enseignement ses fondations (algorithmique) ou de la pensée informatique ou en robotique pédagogique.
Plus-values et limites
• Pea et Kurland (1984) : « les données probantes disponibles et les hypothèses sous-jacentes sur le processus d'apprentissage de la programmation ne permettent pas de répondre ».
• Robins, Rountree, et Rountree (2003) : devenir expert en programmation est difficile, exigeant et long ; enseigner la
programmation repose sur une distinction entre connaissances (concepts) et stratégies, sans que cette distinction ne soit claire
• Mais s’initier à la programmation est tout à fait possible (Tchounikine, 2017)
19 Découvrir des concepts abstraits
Définition
• Permettre aux élèves d’élaborer une connaissance générale
relevant d’une discipline scolaire / scientifique, parfois au prix de la remise en cause de connaissances générales précédentes de ces élèves.
• LOGO est le prototype de l’outil qui avait pour ambition de
permettre aux élèves de construire des connaissances abstraites.
Exemples d’activités et d’outils numériques
• LOGO
Plus-values et limites
• Les résultats des recherches sur LOGO ne sont pas concluants.
• Les études montrent que les élèves mobilisent certaines
connaissances mathématiques, mais elles ne montrent pas que la programmation améliore les apprentissages mathématiques, ou alors seulement au plan métacognitif (Battista & Clements, 1986).
• Voir les résultats de Tchounikine et al (2020?) avec Scratch
• Résultats différents en Robotique pédagogique ?
21 Expérimenter
Définition
• Concevoir une situation (EXAO), introduire une variation, observer l’effet de cette variation sur la situation (≠
simulation)
Exemples d’activités et d’outils numériques
• l’élève conçoit l’expérimentation
• réalise des mesures (parfois en continu)
• interprète ces résultats
• but d’apprentissage notionnel, conceptuel ou méthodologique
Plus-values et limites
• Effets très positifs (d = 1,54) quand EXAO combinée avec enseignement traditionnel (Rutten et al. 2012)
- facilite la conceptualisation, prend moins de temps et
améliore la capacité de prédire les résultats des expériences - améliore la motivation
Que dit la littérature spécifique en robotique pédagogique ? (Mubin et al., 2013)
Les connaissances
• Techniques : introduction à la robotique, la programmation, l’informatique
• Non techniques en sciences (mathématiques, géométrie…) : trajectoire, rotation, angle, trajectoire
• Non techniques hors sciences (musique, LV…)
Les tâches
• Programmer, faire réaliser un comportement au robot
• Expérimenter (prédire, faire varier, mesurer)
• Observer, discuter pour comprendre
• Interagir verbalement ou physiquement, communiquer
Que dit la littérature spécifique en robotique pédagogique ? (Mubin et al., 2013)
Autres résultats
• Effet de motivation : pratique, concret, visible, les élèves peuvent parfois prendre le robot à la maison
• La méta-analyse de Yang (2014) concernant 130 articles publiés par la Corée du Sud, montre
- Un effet moyen positif (d = 0,41) de la RP sur l’apprentissage
- Mais moins fort en moyenne que la
programmation (d = 0,67)
Zoom sur la méta-analyse de Yang (2014)
Effets moyens selon
l’objectif d’apprentissage Effets moyens selon le
niveau de scolarisation
Conclusion
1. Littérature pléthorique sur le numérique en éducation (55 méta-analyses) assez réduite en Robotique Pédagogique 2. Pour le numérique en général, les méta-analyses mettent en
évidence des effets moyens le plus souvent positifs et modestes, avec une très grande variation des tailles
3. Certaines fonctions pédagogiques bénéficient (en moyenne) fortement du numérique, d’autres non, d’autres on ne sait pas 4. Les outils numériques n’ont pas d’effet, en moyenne, sur la
motivation scolaire. Mais la RP oui (semble-t-il) 5. La RP semble correspondre à plusieurs fonctions
pédagogiques
1. Nécessité de développer la recherche empirique 2. Des fonctions pédagogiques spécifiques à la RP ? 3. Des connaissances spécifiques à la RP ?
Robots et Objets connectés en éducation,
un monde de données et d’apprentissage
Institut Français de l’Education – ENS de Lyon
#RNRE20
