Mise en valeur de sites archéologiques tunisiens
via une expérience interdisciplinaire
utilisant la robotique pédagogique

Manel Arous, Hédia Mhiri Sellami
 

Résumé
Ce travail présente une expérience d'intégration de la robotique éducative en classe. Il décrit un projet interdisciplinaire avec des élèves d'un collège de l'enseignement de base tunisien où la robotique a permis de mettre en valeur des sites archéologiques. Cette expérience a permis de faire collaborer des enseignants de différentes spécialités. Elle a mis en valeur le rôle de la robotique dans la transmission des connaissances transversales, l'acquisition des compétences du 21^e siècle et la motivation des élèves. Elle constitue de plus un moyen innovant pour les enseignants.

Notre objectif a été de démontrer que l'utilisation de cette approche est possible et cela à partir d'un contexte de scénarisation pédagogique adéquat.

Mots-clés : Robotique éducative, connaissances transversales, Scénarisation, compétences du 21^e siècle, collaboration, Arduino.

Introduction et contexte

   Marchand (1992) a mis en valeur l'amélioration de l'autonomie de l'élève lors de l'intégration de la robotique en classe. Cette intégration permet aussi le développement des connaissances et des compétences comme par exemple l'augmentation de la motivation des élèves dans les différents domaines disciplinaires (Petre & Price, 2004), (Rogers & Postmore, 2004).

   Compte tenu de l'importance de la robotique en éducation, le Ministère de l'Éducation tunisien a commencé son intégration à la rentrée scolaire (2018-2019) via un nouveau curriculum, dans la discipline informatique, en utilisant la pédagogie active pour les élèves de 1^re année secondaire âgés entre 15 ans et 16 ans.

   À travers le nouveau curriculum, les élèves seront en mesure de construire des modèles de robots de plus en plus complexes. Ils seront par la suite initiés à la programmation robotique par le biais des logiciels (Scratch, Arduino, Microbit...).Cependant, l'enseignement de la robotique en Tunisie est restreint à la discipline informatique.

   C'est dans ce cadre que nous avons mené une expérience d'intégration de la robotique dans notre classe en sollicitant la collaboration de nos collègues enseignants du français et d'histoire-géographie. À travers cette expérience, nous souhaitons réaliser des scénarios pédagogiques adéquats ainsi qu'analyser la manière d'utilisation d'un projet robotique interdisciplinaire en classe.

   Dans un premier temps, nous présentons le cadre théorique ainsi que les concepts utilisés. Dans un second temps, nous décrivons le déroulement de l'expérience ainsi que l'impact de ce projet sur la motivation et la satisfaction des apprenants. Ces derniers résultats émanent de l'analyse de questionnaires soumis aux élèves à la fin de l'expérience. Enfin nous présentons la critique et les perspectives de notre expérience.

1. Revue de littérature

1.1. La pédagogie active

   La pédagogie active ou pédagogie nouvelle est une méthode d'apprentissage qui renvoie à ce que l'on nomme l'apprentissage expérientiel, c'est-à-dire apprendre en faisant. Cette pédagogie permet de rendre l'apprenant acteur de ses apprentissages, afin qu'il construise ses savoirs. 

   La pédagogie active est un ensemble de méthodes qui doivent remplir les conditions suivantes (Pollet, 2015) :

• L'apprenant doit être engagé personnellement dans une action.
• L'apprenant doit se sentir concerné, impliqué.
• L'apprenant fait partie d'un groupe, ce qui implique un apprentissage de la vie sociale et du savoir-être.
• Le rôle de l'enseignant est de faciliter l'apprentissage.
• L'évaluation se veut une auto-évaluation individuelle ou de groupe.

1.2. La pédagogie par Projet

   La pédagogie par projets se réfère à une pratique d'une pédagogie active socio-constructiviste qui permet de générer des apprentissages à travers la réalisation d'une production concrète comme le mentionne (Reverdy, 2013).

   L'approche par projet peut être définie comme une « Approche pédagogique dans laquelle l'élève, seul ou au sein d'un groupe, est amené à relever un défi, à exécuter une tâche ou à produire une réalisation ; ces activités permettent à l'élève d'atteindre un ensemble d'objectifs d'apprentissage » (Legendre, 2005). Cette approche est une stratégie qui vise l'application ainsi que l'intégration de connaissances dans la réalisation d'un produit, d'une œuvre, etc. (Chamberland, Lavoie & Marquis, 1995 ; Lasnier, 2000). Généralement, la réalisation du projet se fait collectivement et l'apprenant possède une grande liberté d'action.

   L'objectif principal de la pédagogie par projets est de rendre l'apprenant actif et de l'impliquer dans la construction de ses connaissances par la réalisation de projets. L'aspect concret des projets est la première source de la motivation des élèves, car il relie leurs apprentissages en classe à des expériences vécues (Viau, 1995).

   Les principales connaissances visées par cet apprentissage sont les savoirs, savoir-être et savoir-faire.

La robotique pédagogique

   La robotique pédagogique constitue une approche didactique originale, fondée sur une méthode d'apprentissage utilisant des dispositifs programmables, elle se base sur la pédagogie par projet. Cette approche se caractérise par l'usage des technologies informatiques dans ses fonctions d'analyse, de modélisation et de contrôle. Elle vise l'acquisition de notions scientifiques et le développement de compétences techniques et informatiques mais elle peut aussi être utilisée dans d'autres domaines (Komis & Misirli, 2012). La robotique pédagogique permet donc la collaboration entre les enseignants de plusieurs disciplines.

   Elle favorise la motivation à apprendre et l'autonomie des apprenants (Denis, 2000), dans la mesure où quel que soit le robot proposé les élèves s'intéressent de manière comparable à l'activité donnée (Béziat, 2012). Cette activité s'avère très fascinante pour les apprenants.

   Les travaux de Gaudiello et ses collaborateurs (Gaudiello & Zibetti, 2015) ont déterminé trois applications de la robotique dans un contexte éducatif :

1. L'apprentissage de la robotique : cet apprentissage implique l'utilisation du robot en tant que support pour apprendre la robotique (mécanique, informatique, électronique) à travers des activités pratiques collaboratives.

2. L'apprentissage par la robotique : c'est l'usage de kits robotiques de construction et de programmation.

3. L'apprentissage avec la robotique : « l'apprentissage avec la robotique repose sur l'interaction entre les jeunes apprenants et un robot humanoïde qui recouvre le rôle de compagnon pour les apprenants ou d'assistant pour l'enseignant. »

   Dans le cadre de notre expérience, nous utilisons l'apprentissage de la robotique qui vise l'acquisition de connaissances et de compétences inhérentes à la construction et à la programmation des robots (Gaudiello & Zibetti, 2015). La construction d'un robot est une succession de problèmes concrets qu'il faut résoudre. En règle générale, l'activité de robotique consiste à concevoir, à construire et à piloter un robot à l'aide d'un langage de programmation. Cette activité de construction est une « activé transversale » qui fait intervenir de multiples compétences dans différents domaines comme la mécanique pour la conception de l'infrastructure, la technologie pour la construction technique, les sciences physiques pour l'électronique, les disciplines littéraires pour la traduction des manuels, le dessin technique pour les plans, les arts plastiques pour l'esthétique et l'informatique pour le pilotage du robot (Marchand, 1992).

   La robotique pédagogique est donc un environnement d'apprentissage interdisciplinaire qui peut intervenir dans différentes disciplines et qui peut être utilisé tout au long des études des élèves.

1.3. Problématique

   Nous avons choisi d'analyser la manière de l'intégration d'un projet robotique en classe via un club et d'exposer le déroulement de cette expérience et son impact sur la motivation des élèves.

   Nous visons déterminer :

1. Comment les enseignants de différents domaines disciplinaires (Français, Informatique, Histoire-Géographie) peuvent intégrer le même projet robotique ?

2. Comment les élèves arrivent-ils à utiliser plusieurs disciplines dans un même projet robotique ?

3. Comment la robotique pédagogique favorise l'acquisition des compétences du 21^e siècle et la motivation des élèves ?

2. Méthodologie

2.1. Cadre de l'expérience

   Notre expérience a eu lieu en classe dans le collège « Bougatfa-Zahrouni », situé à Tunis (la capitale de la Tunisie).

   Cette expérience s'est déroulée sur huit séances entre février 2019 et mai 2019 et elle a été destinée aux élèves de 9^e année de base, âgés de 14 ans (ils passeront le baccalauréat dans 4 ans).

   Il a été impossible de réaliser l'expérience dans le cursus scolaire car la robotique n'est pas encore intégrée au collège. Nous avons mené cette expérience à travers un club, faisant partie des activités scientifiques et culturelles du collège. Plusieurs clubs existent dans notre établissement scolaire, parmi eux : histoire de la Tunisie, la langue française, informatique. Nous avons ainsi impliqué les enseignants de ces clubs pour effectuer notre expérience.

   Notre projet interdisciplinaire vise la conception et la réalisation d'une carte géographique parlante des monuments archéologiques de la Tunisie. L'objectif étant de faire connaître aux élèves la richesse culturelle de leurs régions, de mieux les intégrer dans la société et de développer leurs compétences du 21^e siècle (pensée critique, résolution du problème, créativité, collaboration) ainsi que leurs responsabilisation en ce qui concerne leur apprentissage (Romero, 2016).

   Pour mener ce projet, nous avons initié les élèves de 9^e de base aux principaux concepts de l'électronique et de la programmation. Nous les avons aussi amenés à se documenter sur l'histoire de chaque gouvernorat de notre pays.

   Les membres de l'équipe de ce projet (professeur de français, professeur d'informatique, professeur d'histoire géographie) ont encadré les élèves dans les étapes suivantes :

• Le dessin de la carte géographique de la Tunisie ainsi que la frontière de chaque gouvernorat
• La rédaction des résumés de l'histoire et des différents monuments pour chaque gouvernorat de la Tunisie en langue française
• Les principaux concepts de l'électronique à travers la réalisation des montages électroniques avec la carte Arduino
• L'utilisation des logiciels libres
• Le logiciel de traitement de son pour enregistrer le nom et les monuments historiques de chaque gouvernorat
• Le logiciel de la carte mentale pour planifier les travaux
• La programmation de la carte électronique
• La présentation des travaux en langue française
• L'utilisation du portfolio numérique

   Sept élèves de la 9^e année de base et de différents niveaux de compétence (bon, moyen et modéré) sont inscrits au club. Les apprenants sont sollicités pour travailler en binôme ou trinôme. Trois groupes de travail se sont formés spontanément sans aucune intervention de notre part.

   Les règles de travail ont été fixées dès le début : date d'échéance de chaque tâche, échanges et partage de connaissance entre les groupes, réalisation par chaque élève de sa tâche assignée, explication des fiches de travail par les enseignants.

   Afin de réussir le projet, il faut le décomposer et procéder à une bonne planification des étapes. Il faut donc mettre en place un plan de travail, une série de phases, des tâches, des rôles à répartir entre les élèves. Pour mieux guider nos élèves à la planification de leurs travaux et simplifier cette organisation du projet, nous avons mis à leur disposition quatre fiches de travail. Ces fiches ont été remplies au cours de chaque séance soit individuellement soit en groupe. Par la suite, les fiches ont été régulièrement discutées et expliquées par les enseignants.

   Le tableau 1 présente les quatre fiches.

Tableau 1 : fiches de travail.

   Toutes ces fiches sont inspirées par le programme ERASMUS (ERASMUS, 2015). C'est un programme pour l'éducation, la formation, la jeunesse et le sport, il vise à soutenir des actions dans les domaines de l'enseignement, de la formation, de la jeunesse et du sport pour la période 2014-2020.

   Pour effectuer le projet, nous avons besoin des outils suivants : ordinateurs, des cartes arduino, des boutons-poussoirs, des palettes d'essai, des modules SD (carte mémoire), des speakers (haut-parleur), des résistances, des blocs de fils, Internet.

2.2. Déroulement du projet

La phase de planification

   Le projet a débuté avec une réunion entre les enseignants et les élèves pour expliquer et présenter le projet à réaliser. Les élèves ont ensuite développé une carte mentale pour recenser les travaux à faire durant les huit séances du trimestre.

   Pour mieux identifier les prérequis et les connaissances de base des élèves, nous avons préparé un questionnaire pour l'évaluation des prérequis, nommé Test des connaissances.

   Ce questionnaire est divisé en trois parties :

• Pré-requis des élèves en histoire-géographie.
• Pré-requis en informatique.
• Pré-requis dans le domaine électronique.

La phase d'organisation

   Pour réussir la réalisation du projet, nous avons veillé au bon déroulement des différentes étapes spécifiées. En effet, à chaque séance les apprenants sont sollicités pour organiser les étapes de travail requises à travers les fiches de travaux distribuées. Dans cette partie, les enseignants doivent encadrer leurs élèves via des intragroupe et intergroupes.

   Au fur et à mesure de la progression des apprenants dans la réalisation du projet, ils ont besoin d'une série de leçons (explications) sur :

• L'histoire de la Tunisie : les élèves doivent connaitre les sites archéologiques les plus importants de chaque gouvernorat du pays.
• La structuration d'une présentation en français.
• Les principes des montages électroniques.

La phase de développement et de réalisation

   Dans la robotique pédagogique, les efforts accomplis se terminent nécessairement par une présentation et visualisation du robot réalisé. Cette étape est importante car elle permet aux apprenants de passer de la conception vers une application fonctionnelle. C'est la mise en œuvre des connaissances et des compétences. Elle donne une valeur au travail de tous les groupes

   Dans cette phase, les élèves vont programmer et manipuler les outils du projet. Ils doivent déposer leurs activités réalisées (les montages électroniques, les résumés de l'histoire de la Tunisie, les présentations des monuments historiques, les codes de la programmation, l'enregistrement vocal) dans un portfolio numérique. Cet outil permet de suivre l'évolution et la progression de l'apprenant et d'évaluer le travail réalisé par la suite (Bousquet, 2006). Les enseignants doivent guider leurs apprenants au cours de cette phase.

La phase d'évaluation

   L'évaluation finale du projet représente une partie importante car l'inventaire des compétences acquises valorise les efforts accomplis par les élèves. Cette évaluation est faite tout au long du projet et cela à travers des observations, des présentations des travaux, l'auto-évaluation des portfolios ainsi que des fiches d'évaluation des compétences visées.

   Par ailleurs et comme le projet est interdisciplinaire, chaque professeur est appelé à remplir deux fiches d'évaluation de compétences. La première consiste à évaluer les compétences des élèves relatives à la gestion du projet et aux objectifs prévus et la deuxième fiche permet d'évaluer les compétences transversales.

2.3. Rôle essentiel du scénario pédagogique

   Afin d'assurer le bon guidage de nos élèves le modèle de scénarisation pédagogique conçu est inspiré du modèle plus général de Komis (Komis & Misirli ,2012) : le projet est divisé en plusieurs séquences et chaque séquence d'apprentissage est assurée par des scénarios pédagogiques conçus par l'enseignant.

   Ces scénarios décrivent la discipline concernée, le thème, les objectifs des activités, le public cible, la durée, les prérequis, les phases d'apprentissage, le rôle de l'enseignant, les outils, les ressources, l'évaluation éventuelle, les tâches à réaliser de manière autonome individuellement ou en groupe. Chaque tâche à réaliser doit être clairement définie via les fiches d'organisation (objectif à atteindre, résultat, date d'échéance...). L'enseignant doit jouer le rôle d'accompagnateur et de facilitateur, il encourage toute initiative d'autonomie chez les élèves. Avec l'encadrement continu de l'enseignant, l'apprenant ne se sent pas perdu ou isolé.

2.4. Outils et logiciels utilisés

Arduino

   C'est un système qui permet de lier les performances de programmation à celles de l'électronique. Au final, les élèves seront capables de créer et de modifier des systèmes électroniques plus ou moins complexes à travers un projet.

   Les raisons de choisir Arduino sont nombreuses, on peut citer :

• Arduino connait depuis des années des usages intéressants dans les établissements scolaires, dans les clubs de robotique et dans les principales compétitions de la robotique (OCEAN, 2017).
• Les cartes Arduino ne sont pas coûteuses.
• Une compatibilité sous toutes les plateformes, à savoir  : Windows, Linux et Mac OS.
• Des milliers de forums d'entre-aide, de présentations de projets, de propositions de programmes et de bibliothèques...
• L'existence de deux sites l'un anglophone et l'autre francophone et de forums dans lesquels on trouve les références Arduino : matériel, des exemples d'utilisations, d'aide pour débuter, etc. (Arduino, 2020).
• Une liberté quasi absolue. Cette liberté concerne :
• le logiciel : gratuit et open source dont la simple d'utilisation.
• le matériel : cartes électroniques dont les schémas sont en libre circulation sur internet.

Le concept e-portfolio numérique

   Le portfolio est un outil qui permet de suivre l'évolution de la progression d'un élève dans ses apprentissages. L'apprenant est l'acteur principal dans l'élaboration du portfolio. Le portfolio peut aussi contenir des commentaires et des réflexions des professeurs. Il facilite l'évaluation, puisqu'il permet au professeur d'avoir une vue globale des progrès de l'étudiant. Le portfolio peut témoigner de la réussite de l'étudiant (Bousquet, 2006).

   Pour notre projet nous avons choisi d'utiliser edu-portfolio.org. C'est un environnement francophone gratuit pour l'enseignement (apprenants et enseignants). Où les apprenants doivent déposer leurs activités réalisées (les montages électroniques, les résumés de l'Histoire de la Tunisie, les présentations des monuments historiques, les codes de la programmation, l'enregistrement vocal) afin d'être corrigés et évalués par leurs enseignants.

Les logiciels libres

   Afin d'encourager les élèves à être indépendants, compétents et créatifs, nous avons choisi d'utiliser des logiciels libres et gratuits. Ces logiciels contribuent à l'éducation et la pédagogie à travers (Stallman, 2016) :

• Le partage des savoirs et des outils.
• L'autonomie et l'indépendance des élèves et de l'école par rapport aux logiciels propriétaires
• La liberté : il donne la possibilité d'évoluer dans une société numérique libre.
• L'apprentissage du fonctionnement des programmes ces logiciels encouragent tout le monde à apprendre et à progresser.

Logiciel de traitement du son : Audacity

   Audacity est un logiciel de traitement sonore gratuit et Open Source. Il permet d'entrer, d'enregistrer un son, filtrer certaines longueurs d'ondes d'un son, éditer rapidement les fichiers audio, mixer des pistes sonores (Mazzoni, 2000).

   Les élèves ont utilisé ce logiciel pour enregistrer les noms des gouvernorats de notre pays et leurs sites archéologiques. Ces enregistrements vont être mis dans la carte géographique.

Fritzing

   Fritzing est un logiciel libre et gratuit Il est adapté aux débutants. Il permet de faire rapidement des circuits électroniques simples, il est également un bon outil didactique pour apprendre à réaliser des circuits de plus en plus complexes (FH Potsdam, 2009).

XMind

   XMind est un logiciel libre qui permet de créer des cartes mentales ou conceptuelles, des organigrammes, des cartes, plans et autres schémas. Ce logiciel permet d'éditer toutes les parties d'organigramme, d'ajouter des images, des liens, des textes (XMind, 2016).

3. Résultats

L'opinion des apprenants

   Un questionnaire a été distribué lors de la dernière séance concernant l'avis des élèves pour l'intégration de la robotique pédagogique en classe et leurs motivations de participer à une autre expérience semblable. Ce questionnaire a vérifié six questions bimodales

Tableau 2 : Questionnaire

   Selon l'analyse de questionnaire le projet robotique réalisé est apprécié par la totalité des apprenants. En effet tous les apprenants préfèrent étudier les autres disciplines en utilisant la pédagogie par projet. Ils sont d'accord pour l'intégration de la robotique en classe. La majorité d'entre eux est motivée et enthousiasmée par leur participation au projet et leur coopération et leur collaboration en équipe.

4. Discussion

4.1. Critique

   Cette expérience est fertile : une activité transversale, interdisciplinaire qui fait intervenir des compétences dans de nombreux domaines comme l'électronique, l'informatique ainsi que des disciplines littéraires : langue française, histoire et géographie.

   Le questionnaire effectué est une prise d'information subjective, à partir de laquelle il n'est pas possible de généraliser.

   Selon les résultats obtenus, nous avons remarqué une forte motivation de la part des élèves.    Cette expérience interdisciplinaire a permis aux apprenants de renforcer :

• La collaboration : partage des informations, des nouvelles connaissances acquises.
• L'autonomie : la recherche des informations, la rédaction des présentations.
• La prise de responsabilité des élèves : planifier et organiser les tâches ainsi que les échéances.
• La créativité : le dessin de la carte géographique.

   Cette expérience s'est révélée encourageante, les élèves ont pu acquérir des nouvelles connaissances en réalisant des résultats partiels. Ces connaissances s'élargissent et se complètent au fur et à mesure de l'avancement du projet et de l'obtention du résultat final. L'apprenant reste donc plus attentif, plus impliqué et plus motivé pour finir le projet.

   Le projet fait aussi interagir plusieurs enseignants. En travaillant sur le même projet robotique, les enseignants ont exprimé leur motivation et l'appréciation de leur participation à cette expérience. Ils ont proposé de continuer l'expérience pour l'année prochaine.

   Néanmoins quelques points restent à améliorer dans le cadre de ce projet. Les élèves ont eu des difficultés à organiser le planning des tâches, car ils ne sont pas habitués à prendre en main leur apprentissage, ils n'ont pas tenu compte du temps nécessaire pour chaque tâche, comme par exemple la présentation des monuments de chaque gouvernorat. Pour cette raison nous avons ajouté deux autres séances pour compléter leurs travaux.

   Le projet est effectué à travers un club et avec un nombre limité d'élèves (7 élèves), cette expérience ne donne pas des résultats suffisants pour faire des analyses statistiques.

4.2. Perspectives

   Depuis la rentrée scolaire 2018-2019, le ministère de l'éducation a commencé à intégrer la robotique en classe. Cependant cette intégration est consacrée seulement à la discipline informatique et son but est d'apprendre aux élèves la programmation.

   D'après l'expérience réalisée, nous proposons d'introduire la robotique pédagogique interdisciplinaire dans notre système éducatif puisque c'est une source de motivation pour les élèves ainsi que pour les enseignants.

   Dans ce cadre nous proposons quelques pistes de réflexion :

• Création de club de robotique pédagogique incluant plusieurs enseignants de différentes disciplines pour chaque établissement scolaire.
• Mise en place de projets communs de robotique pédagogique entre la discipline informatique-technique.
• Sensibilisation des enseignants à l'intérêt de l'utilisation de la robotique pédagogique dans l'acquisition des connaissances d'une manière ludique.
• Renforcement des moyens matériels du laboratoire informatique/technique des établissements scolaires avec l'acquisition des cartes électroniques programmables, des capteurs, des câbles électriques, des composants électroniques ...

Conclusion

   Ce travail représente l'expérience pédagogique que nous avons menée avec les élèves de 9^e année du collège Bougatfa – Zahrouni, situé dans un quartier de la capitale de la Tunisie, à travers un club. Cet article a décrit le cadre théorique, le cadre de l'expérience, son déroulement et les outils utilisés ainsi que les opinions des apprenants.

   À travers la conception et la réalisation d'une carte géographique parlante des monuments archéologiques de la Tunisie, le projet a pour objectif d'appliquer la robotique dans une approche interdisciplinaire via un cheminement clairement défini par les enseignants et cela à travers une scénarisation pédagogique adéquate.

   L'analyse du questionnaire proposé aux élèves a mis en valeur leur appréciation de cette expérience.

   Cette expérience peut être intégrée dans les établissements scolaires. Nous proposons de mettre en place un projet commun de la robotique pédagogique interdisciplinaire en classe. Il serait intéressant d'étudier l'expérience dans d'autres domaines disciplinaires scientifiques et littéraires.

   Plusieurs questions restent ouvertes : comment les enseignants de différents domaines disciplinaires peuvent-ils intégrer le même projet robotique dans leurs classes à travers un cursus scolaire ? Comment peut-on évaluer les élèves pour chaque discipline à travers cette approche interdisciplinaire ?

Manel Arous
Professeur d'enseignant secondaire,
Institut Supérieur de l'Éducation et de La Formation Continue (ISEFC),
Tunis-Tunisie,
manelarous@gmail.com

Hédia Mhiri Sellami
Associate professor,
Institut supérieur de gestion de Tunis (ISG),
Tunis-Tunisie,
hedia.mhiri@isg.rnu.tn

Cet article est sous licence Creative Commons (selon la juridiction française = Paternité - Pas de Modification). http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/fr/

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