Conception et évaluation de kits robotiques pédagogiques

Design and evaluation of pedagogical robotic kits

• Auteur / Autrice : Thibault Desprez
• Direction : Pierre-Yves Oudeyer, Didier Roy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche Inria de l'université de Bordeaux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Viéville
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Yves Oudeyer, Didier Roy, Florent Masseglia, Margarida Romero, Jérôme Laplace
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Masseglia, Margarida Romero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces utilisateur (informatique)

Technologie éducative

Robotique

Mots clés libres

Kit robotique

Évaluation

Conception

Robot ErgoJr

Plateforme Robotique Poppy

Robotics Kit

Evaluation

Conception

ErgoJr Robot

Poppy Robotics Platforme

Résumé

Le potentiel des activités pédagogiques robotiques, et en particulier le rôle de l’instanciationphysique de ces activités, dans lesquelles la manipulation d’objets numériques est centrale, reste encore à confirmer scientifiquement ; en particulier en matière d’utilisabilité réelle en classe et de leur impact sur l’efficacité des apprentissages et sur l’engagement motivationnel des élèves. Par ailleurs, il semble que ces impacts dépendent aussi de la manière dont ces outils pédagogiques sont utilisés (et détournés) par l’enseignant en classe, ainsi que par le contexte scolaire lui-même.Pour ces raisons, ce manuscrit propose dans un premier temps d’articuler un état de l’art issu de champs disciplinaires variés, notamment scientifiques, comme l’informatique et la robotique, l’IHM, la psychologie, les sciences cognitives, ou encore les sciences de l’éducation ; mais aussi, d’introduire des éléments d’éthique et des enjeux sociétaux. Cette partie propose également de définir notre milieu : les acteurs (utilisateurs cibles : enseignants et élèves), les prescriptions (objectifs et besoins des programmes officiels), les réalités du terrain (les contraintes : budget, matériel, réforme, formation, etc.). Dans un deuxième temps, nous présentons les éléments (hardware, software et ressources) constituant le kit robotique pédagogique Poppy ErgoJr ; co-créé et testé par des enseignants issus principalement des sections ICN (seconde) et ISN (terminale) d’Aquitaine et, les membres du projet Poppy Éducation (Inria-BSO). Leur processus de création sera également présenté, tout comme les activités créées pour les besoins des expérimentations présentées dans la partie suivante. Mais avant celle-ci, nous montrerons 2 exemples de dérivations du kit : PoppyDiplo et PoppyDragster, dont le 2nd aboutit à une expérimentation portant sur l’impact des ressources documentaires sur le sentiment de contrôle de l’élève (relevé par le IMI) lors d’une tâche de construction collaborative d’un robot. Une 2nde expérience, avec ErgoJr, portant sur le formalisme des ressources fournies et leur impact motivationnel sera présentée. Trois autres thématiques seront abordées : l’utilisabilité mesurée dans un cadre longitudinal et écologique (via le SUS et l’AttrakDiff) ; l’acceptabilité mesurée via l’Euro382, et un questionnaire innovant, étudiant l’impact de la nomination d’un objet sur la perception de celle-ci ; et, l’acquisition de connaissances (via des qcm). Une étude qualitative est également proposée dans cette partie, entre autres, au travers d’une étude de cas portant sur l’appropriation du dispositif par 10 enseignants. Nous finirons par une discussion ayant pour objet les questions soulevées en introduction, et ouvrant sur la conclusion générale de ce manuscrit qui rappellera les principaux enseignements de ce travail et ses perspectives d’avenir.

The potential of robotic educational activities, and in particular the role of the physical instantiation of these activities, in which the manipulation of digital objects is central, remains to be confirmed scientifically ; especially in terms of real classroom usability and their impact on the effectiveness of learning and the motivational engagement of students. Moreover, it seems that these impacts also depend on the way in which these pedagogical tools are used (and diverted) by the teacher in class, as well as by the school context itself. For these reasons, this manuscript proposes in a first step in articulating a state of art from a variety of disciplinary fields, notably scientific, such as computer science and robotics, IHM, psychology, cognitive sciences, or the sciences of education ; but also to introduce elements of ethics and societal issues. This part also proposes to define our environment : the actors (target users : teachers and pupils), the prescriptions (objectives and needs of the official programs), the realities of the field (the constraints : budget, material, reform, training, etc.). In a second step, we will present the elements (hardware, software and resources) constituting the educational robotics kit Poppy ErgoJr ; co-created and tested by teachers mainly from high school sections of Aquitaine and the members of the Poppy Education project (Inria-BSO). Their creation process will also be presented, as will the activities created for the purposes of the experiments presented in the following section. But before this one, we will show two examples of derivations of the kit : PoppyDiplo and PoppyDragster, whose second ended with an experimentation on the impact of the documentary resources on the feeling of control of the pupil (measured by the IMI) during a task of collaborative construction of a robot. A second experience, with ErgoJr, on the formalization of the resources provided and their motivational impact will be presented. Three other themes will be tackled : usability measured in a longitudinal and ecological framework (via the SUS and AttrakDiff) ; acceptability measured via Euro382, and an innovative questionnaire, studying the impact of the appointment of an object on the perception of this one ; and the acquisition of knowledge (via qcm). A qualitative study is also proposed in this part, among others, through a case study on the appropriation of device by 10 teachers. We will end with a discussion of the questions raised in the introduction, and opening on the general conclusion of this manuscript which will recall the main lessons of this work and its future prospects.