La robotique éducative au service de la résolution de problèmes

Retour d’expérience avec Thymio et Blue-bot : une approche pédagogique innovante pour développer les compétences métacognitives favorables à la résolution de problèmes mathématiques.

mercredi 23 octobre 2024

Dans le cadre d’une expérimentation et d’une formation en constellation mathématique, le Groupe Numérique 91 s’est associé à :

  • Marie Martin (doctorante du CNRS, Institut des Neurosciences de Paris-Saclay),
  • Sandrine Dos Santos (Conseillère Pédagogique Référente Mathématique, Circonscription d’Orsay).

Cette expérimentation visait à développer les compétences métacognitives des élèves du cycle 1 au cycle 3 en mettant à contribution deux robots :

  • Thymio AI - le robot Thymio doté d’un algorithme d’apprentissage d’intelligence artificielle (CE2-CM1-CM2),
  • Blue-bot, un robot plus simple mais tout aussi efficace pour aborder la résolution de problèmes (de la PS au CE1).
    Les séances créées à l’issue des temps de formation ont été mises en œuvre dans une quinzaine de classes de la commune de Gif-sur-Yvette.

Thymio AI : un apprenant autonome

L’expérimentation avec Thymio AI a permis d’observer une évolution significative des comportements et des performances des élèves en situation de résolution de problèmes. La découverte d’un robot capable d’apprendre a suscité leur curiosité et favorisé l’acceptation de l’erreur et le recours au tâtonnement. En effet, comprendre que même une machine peut se tromper et qu’elle apprend de ses erreurs a aidé les élèves à relativiser leurs propres erreurs et à persévérer dans leurs recherches. En particulier, Les activités proposées leur ont permis de développer leur capacité à analyser, à émettre des hypothèses et à ajuster leurs stratégies de résolution.

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Blue-bot : un outil au service de la résolution de problèmes

En parallèle, la formation des enseignants de cycles 1 et 2 autour du robot Blue-bot a mis en évidence l’intérêt de ce dernier pour aborder la résolution de problèmes de manière concrète. Bien que Blue-bot ne dispose pas des mêmes capacités d’apprentissage que Thymio, il offre de nombreuses possibilités pour confronter les élèves à des situations complexes et les inciter à trouver des solutions créatives.

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Des points communs et des complémentarités

Les deux robots ont en commun de favoriser le développement de compétences essentielles telles que :

  • La persévérance : Les élèves apprennent à ne pas abandonner face aux difficultés et à chercher différentes solutions.
  • La créativité : Ils sont encouragés à tâtonner pour trouver des stratégies originales pour résoudre les problèmes.
  • La collaboration : Le travail en groupe est souvent privilégié, favorisant les échanges et les apprentissages mutuels.
  • La métacognition : Les élèves sont amenés à réfléchir sur leur propre processus de pensée et à ajuster leur démarche en conséquence.

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Des perspectives prometteuses

Les résultats de ces expérimentations sont encourageants et ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation de la robotique éducative dans les classes. En intégrant régulièrement ces outils dans les séances, il est possible de :

  • Rendre les apprentissages plus concrets et motivants.
  • Développer les compétences du 21ème siècle.
  • Favoriser l’autonomie et l’esprit critique des élèves.

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Graphiques à l’appui

Interprétation globale du graphique 1 :

  • Amélioration générale : On observe une augmentation générale des connaissances métacognitives chez les élèves des deux groupes (test et contrôle) au fil des temps (T0, T1, T2, T3). Cela suggère que le simple fait de travailler sur des tâches de résolution de problèmes, même sans l’utilisation de Thymio et AlphAI, peut favoriser le développement de ces compétences.
  • Effet de l’atelier : Les élèves du groupe test (courbes en bleu) montrent une progression plus importante que ceux du groupe contrôle (courbes en gris). Cela laisse penser que les ateliers utilisant Thymio et AlphAI ont eu un impact positif et significatif sur le développement des connaissances métacognitives des élèves.
  • Différences entre les niveaux : Les élèves de CM2 semblent avoir des connaissances métacognitives légèrement supérieures à celles des élèves de CE2, tant dans le groupe test que dans le groupe contrôle. Cela pourrait s’expliquer par une maturité cognitive plus avancée chez les élèves de CM2, leur permettant de mieux appréhender les concepts liés à l’apprentissage et à la résolution de problèmes.

Interprétation globale du graphique 2 :

  • Progression claire : La ligne bleue ascendante montre une augmentation nette du pourcentage de réussite entre le test avant l’atelier et celui réalisé après. Cela suggère que l’atelier a eu un impact positif sur les capacités des élèves à résoudre des problèmes.
     Barre d’erreur : Les barres d’erreur (les petites lignes verticales aux extrémités des segments) indiquent l’intervalle de confiance de la moyenne. Le fait que les barres d’erreur des deux points ne se chevauchent pas renforce l’idée que la différence observée est statistiquement significative.
  • Effet de l’atelier : La ligne verticale pointillée marque le moment de l’atelier. Le fait que la progression se situe principalement après cet événement souligne le lien de causalité entre l’atelier et l’amélioration des résultats.

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Conclusions

  • L’atelier a été efficace : Les activités proposées lors de l’atelier ont permis aux élèves d’acquérir de nouvelles stratégies de résolution de problèmes ou de consolider celles qu’ils avaient déjà.
  • Impact sur les résultats : Les résultats obtenus au TIMSSconfirment l’efficacité de l’atelier en termes de développement des compétences en résolution de problèmes.
  • Intérêt du référentiel TIMSS : L’utilisation du référentiel TIMSSpermet de situer les résultats obtenus par les élèves dans un cadre international et de comparer leur performance à celle d’autres élèves.

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