Soutenance mémoire
Quelques éclairages sur la nature de mes travaux
La recherche
Les travaux de recherche et développement ont été définis par l’Organisation de Coopération et de Développement économiques (OCDE) (DE FRASCATI, 2002). L’OCDE distingue trois catégories : la recherche fondamentale, qui vise à produire des connaissances nouvelles, la recherche appliquée, qui vise à trouver des applications possibles aux résultats d’une recherche fondamentale, le développement expérimental, qui vise à parvenir au produit en utilisant des prototypes afin de tester différentes hypothèses techniques.
On distingue aussi, plus simplement, la recherche académique, qui vise à produire de la connaissance, et esquisser les premières possibilités d’application de travaux de recherche. Ce sont ces types de travaux de recherche qui font l’objet de publications. La recherche industrielle utilise des résultats de recherche académique et des savoir-faire communs en vue d’une application immédiate à la conception d’un nouveau produit ou à l’amélioration significative d’une technologie industrielle. Le travail de recherche est un processus qui commence là où s’arrête le savoir-faire commun et les techniques classiques, et s’appuie sur les états de l’art et les bibliographies. L’évolution des connaissances déplace donc régulièrement le curseur entre savoir-faire commun et recherche. La fonction d’un chercheur est de contribuer de manière originale à la production de connaissances scientifiques.
L’ingénierie
A la différence de la recherche, l’ingénierie ne construit pas de nouvelles connaissances. La notion d’ingénierie dépend de l’état de l’art de la problématique de recherche. Il y a ingénierie si sont utilisées directement des solutions existantes, des techniques accessibles et documentées. Cependant, particulièrement lors d’un développement expérimental, les frontières entre recherche et ingénierie classique peuvent être difficiles à distinguer.
Projets IniRobot et Kidlearn
Celui qui trouve sans chercher est celui qui a longtemps cherché sans trouver. Gaston bachelard.
Préambule
Le travail présenté ci-après est un travail collaboratif, qui a fait l’objet d’une publication (dont du texte est réutilisé dans la présentation) :
— IniRobot : a pedagogical kit to initiate children to concepts of robotics and computer science Didier Roy, Gordana Gerber, Stéphane Magnenat, Fanny Riedo, Morgane Chevalier, Pierre-Yves Oudeyer, Francesco Mondada (2015). RIE 2015, Yverdon-Les-Bains, Switzerland.
L’introduction d’objets tangibles tels que les robots que les élèves peuvent manipuler et programmer permet d’envisager une stratégie d’apprentissage performante et novatrice, particulièrement des sciences du numérique, et la mise en place d’outils informatiques et robotiques pour améliorer les apprentissages disciplinaires des enseignements primaire, secondaire et supérieur. Mes contributions au projet IniRobot :
— Etat de l’art, prototypage d’activités, montage d’expérimentations, analyse des retours d’expérience, collaborations.
— Montage d’un colloque scientifique « Robotique pour l’éducation » avec l’EPFL comme invité. Deux jours durant lesquels des chercheurs et des enseignants ont présenté leurs travaux et échangé.
— Direction du projet.
— Encadrement d’ingénieurs stagiaires.
— Animation d’un groupe de travail d’une trentaine d’enseignants et de chercheurs autour de la médiation de la robotique et de l’informatique.
— Écriture d’articles scientifiques.
— Participation à des démonstrations, expositions, ateliers, conférences.
— Montage d’un évènement grand public « Semaine de la robotique : Des robots près de chez nous ».
— Gestion des sites « Dessine-moi un robot », dm1r.fr, dm1r.inria.fr, inirobot.fr.
— Diverses collaborations : Médiation nationale Inria, Fondation La Main à la Pâte (expertise, formation), INSHEA Paris (programme Handisciences), EPFL Lausanne (formation d’enseignants suisses, recherche autour du robot Thymio, article scientifique commun).
IniRobot : un kit pédagogique pour initier les enfants aux concepts de la robotique et de l’informatique (http ://www.inirobot.fr) .
Nous présentons le kit pédagogique IniRobot, conçu pour l’initiation à la robotique et à l’informatique et déployé dans des classes primaires françaises et suisses. Il fournit un micro-monde d’apprentissage où les enfants construisent leurs connaissances à travers des activités d’investigation menées en équipes. Il est basé sur l’utilisation de la plateforme robotique Thymio II. L’article présente les objectifs pédagogiques détaillés et une première analyse de résultats montrant que les enfants acquièrent effectivement plusieurs concepts robotiques.
Un enjeu sociétal majeur est d’accompagner les plus jeunes dans leur compréhension du monde numérique et de les rendre acteurs de ce monde. Pour atteindre cet objectif, il est important de créer des dispositifs pédagogiques motivants, coopératifs et ludiques. La médiation de la robotique pour faire acquérir les compétences de programmation informatique a un potentiel intéressant, étant à la fois stimulante et riche de concepts importants, à la jonction entre le monde numérique et le monde physique (PAPERT, 1980). Dans ce contexte, nous présentons ici le kit d’activités pédagogiques IniRobot, qui a été conçu pour l’initiation à la robotique et à l’informatique, et a été déployé dans des écoles françaises et suisses. Il fournit un micro-monde d’apprentissage et repose sur une pédagogique active d’investigation, où les enfants construisent leurs savoirs en menant des enquêtes et des expérimentations en équipe. Il est basé sur la plateforme robotique open source Thymio II et ses logiciels associés, développé par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), l’Ecole Cantonale d’Art de Lausanne (ECAL) et l’Institut fédéral Suisse de de Technologie de Zurich (ETHZ). Le contenu pédagogique IniRobot est disponible publiquement à travers une licence Creative Commons.
Éducation à la robotique
On peut se demander si l’on parle de robotique pour l’éducation ou d’éducation à la robotique. La question suscite en effet un débat dans le monde de l’éducation. Ci-après, nous prenons en compte les tenants et les aboutissants pour déterminer notre propre position. Les expressions robotique pour l’éducation ou éducation à la robotique existent depuis plusieurs décennies (MAYER, 1988 ; MUBIN et al., 2013). Ces expressions font référence à des outils particulièrement intéressants pour les situations d’apprentissage, des robots tels que Bee Bot, NXT, Thymio II. Ces robots programmables sont utilisés par les enseignants en classe. Les pratiques qui les portent sont aussi variées que les connaissances des enseignants sur la robotique. Certains utilisent des robots pour discuter de la robotique en elle-même, tandis que d’autres les utilisent comme médiateurs de compétences et de connaissances non directement liées à la robotique (collaboration, communication, dessin, lecture d’une carte, déplacement, …). Dans ce travail, nous présentons un outil pour l’éducation à la robotique et à l’informatique. Cette approche est en phase avec des compétences telles que la compétence 5 au Québec, « Construire sa compréhension du monde », ou Compétence 2 en France pour la culture scientifique et technologique (découverte du monde dans les cycles 1 et 2), ou les compétences scientifiques décrites dans le programme pour la Suisse de langue française tels que la modélisation et la compréhension des phénomènes naturels et techniques. Eduquer à la robotique implique également le développement des capacités dites transversales (collaboration, communication, …). Nous nous référons à des normes prescriptives qui prônent aujourd’hui une approche axée sur les compétences. Une telle approche contribue à l’éducation scientifique et technique dans les écoles en ce qu’elle met en évidence un « savoir » plus qu’une « connaissance » (AUDIGIER et TUTIAUX-GUILLON, 2008). Toutefois, si ces compétences reposent sur des connaissances précises à mettre en action, il est clair que la connaissance scientifique est aussi concernée. Cela soulève la question de savoir quelles connaissances doivent être construites. Nous pensons qu’il est nécessaire d’expliquer cette connaissance et de la mettre en évidence à l’intérieur des disciplines. C’est pourquoi une partie du processus de diffusion est basée sur l’éducation continue des enseignants. Notre approche consiste à former les jeunes à comprendre les processus techniques – pour ne pas fantasmer sur des promesses technologiques – et à développer la pensée créative et la stratégie de résolution de problèmes. L’objectif général est de permettre aux écoles d’intégrer de nouvelles connaissances fournies par les développements technologiques dans le but de permettre à chacun de penser le monde, en particulier la robotique en ce qui nous concerne, d’une manière critique et scientifique, pas dans une vision magique des choses.
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Table des matières
1 Introduction
1.1 Quelques éclairages sur la nature de mes travaux
1.1.1 La recherche
1.1.2 L’ingénierie
1.2 La problématique
1.2.1 Le thème général
1.2.2 Les questions de recherche
Activités récentes
2 Projet IniRobot
2.1 Préambule
2.2 Résumé
2.3 Introduction
2.4 Éducation à la robotique
2.5 Objectifs pédagogiques
2.5.1 L’apprentissage de la méthode scientifique et du travail d’équipe
2.5.2 L’apprentissage des concepts fondamentaux de la robotique et de l’informatique
2.6 État de l’art
2.6.1 Pourquoi choisir le Thymio II
2.6.2 Caractéristiques du Thymio II
2.6.3 L’environnement de programmation visuelle
2.6.4 Comparaison avec d’autres plates-formes
2.7 La série d’activités
2.7.1 Démarche d’investigation
2.7.2 Usages et déploiement
2.8 Les missions
2.8.1 Ordre des missions
2.8.2 Missions principales
2.9 Méthode d’évaluation
2.10 Résultats préliminaires
2.11 Limitations de l’étude
2.12 Conclusion et prochains défis
3 Projet Kidlearn
3.1 Préambule
3.2 Résumé
3.3 Introduction
3.4 Etat de l’art : optimisation de séquences d’apprentissage avec le Machine Learning
3.5 Scénario d’apprentissage
3.6 Systèmes Tutoriels Intelligents avec bandits multi-bras
3.6.1 Bandits multi-bras pour une optimisation des parcours d’apprentissage
3.6.2 L’algorithme ZPDES (Zone of Proximal Development and Empirical Success)
3.6.3 L’algorithme RiARiT (Right Activity at the Right Time)
3.7 Simulations avec des étudiants virtuels
3.8 Résultats des expérimentations en situation réelle
3.9 Conclusions et perspectives
A Des considérations algorithmiques supplémentaires
B La séquence pédagogique experte
C Les tables utilisées
4 Conclusion générale
Bibliographie
