Par Phylippe Laurendeau et Jérémy Van Ranst, technopédagogues
La robotique fait déjà partie de la vie de nos jeunes et, puisqu’elle occupera assurément une place de plus en plus grande dans notre société, l’intégrer à leur éducation tombe sous le sens. Comme le disait Jeff Wilson de l’organisme Labos Créatifs lors d’une table ronde à Clair 2019, « on ne veut pas qu’ils [les jeunes] soient remplacés par les robots, on veut qu’ils soient capables de créer des robots ». D’ailleurs, il est possible que certains de vos élèves s’intéressent déjà à la programmation et la robotique, soit en réalisant des activités en ligne, soit en programmant des jouets robotisés à la maison.
Or, qui dit robotique, dit aussi codage et cela peut susciter des craintes chez les néophytes. Le langage de programmation peut effectivement sembler rebutant au premier abord. Et puis, comment choisir le matériel adapté à ses élèves? Comment intégrer des activités pertinentes et intéressantes à son enseignement? Heureusement, la robotique s’est grandement démocratisée au cours des dix dernières années, si bien qu’il est plus facile que jamais de s’y initier.
Dans ce dossier, nous souhaitons répondre aux préoccupations du personnel enseignant du primaire qui hésite encore à faire de la robotique pédagogique. Nous proposons des pistes de solutions pour se former et s’équiper et nous offrons des exemples concrets afin de soutenir la réalisation d’activités de robotique en classe. Les ressources suggérées ciblent principalement le 3e cycle du primaire, bien qu’elles puissent répondre aux besoins de tous les niveaux.
Table des matières
1. La robotique, c’est quoi?
2. Pourquoi s’intéresser à la robotique à l’école?
3. Des robots différents pour des activités différentes
4. Par où commencer?
5. Des activités pour toutes les disciplines
6. Conclusion
La robotique, c’est quoi?
La programmation informatique se définit comme « une activité humaine qui implique de formuler des problèmes et de concevoir des solutions créatives en exploitant les possibilités et en respectant les contraintes d’un langage de programmation. Elle peut être envisagée selon différents points de vue, notamment ceux de la technique (écriture de code informatique), de la création (démarche créative) ou de la réflexion (pensée informatique) » (MEQ, 2020). Ainsi, faire de la robotique à l’école, c’est bien plus que s’amuser avec des jouets robotisés. Car, derrière chaque robot, se cache un code informatique qui lui donnera vie!
2. Pourquoi s’intéresser à la robotique à l’école?
Dans le document L’usage pédagogique de la programmation informatique, le ministère de l’Éducation du Québec (MEQ) indique que la robotique et la programmation s’intègrent principalement dans la dimension 2 du Cadre de référence de la compétence numérique : « Développer et mobiliser ses habiletés technologiques ». Cette dimension est centrale par rapport aux autres dimensions. Plus particulièrement, elle permet de « développer sa pensée informatique, notamment par le développement de sa compréhension et de ses habiletés à l’égard de la programmation informatique ». Elles comprennent différentes activités cognitives telles « le traitement de l’information, le débogage, la création d’algorithmes, la pensée itérative, une logique conditionnelle et l’utilisation d’outils de visualisation.»
De plus, la créativité et l’innovation, les liens avec le curriculum, la recherche de solution, le travail en équipe ainsi que le grand potentiel de différenciation qui sont inhérents aux activités de robotique favorisent le développement d’autres dimensions de la compétence numérique, telles que :
- Exploiter le potentiel du numérique pour l’apprentissage;
- Collaborer à l’aide du numérique;
- Communiquer à l’aide du numérique;
- Mettre à profit le numérique en tant que vecteur d’inclusion et pour répondre à des besoins diversifiés;
- Résoudre une variété de problèmes avec le numérique;
- Innover et faire preuve de créativité avec le numérique.
Cadre de référence de la compétence numérique
3. Des robots différents pour des activités différentes
Nous classons les robots en deux grandes catégories.
- Les robots qui se déplacent
Il s’agit d’un petit véhicule automatisé à construire (par exemple LEGO WeDo 2.0, Spike Prime) ou préassemblé (par exemple Thymio, Sphero, Dash, Ozobot). En général, tous ces robots doivent être programmés à l’aide d’un ordinateur ou d’un appareil portable. Cependant, il en existe un qui peut être utilisé sans appareil numérique : l’Ozobot. Ce dernier est une petite sphère qui peut se déplacer en suivant un code de couleur sur une feuille de papier. Bien que ses actions soient limitées, il permet tout de même de travailler la logique de codage et de faire travailler les neurones.
- Les robots statiques ou microcontrôleurs
Dans cette catégorie, on retrouve des ensembles tels que micro:bit, Makey Makey, Arduino, LilyPad, etc. Un microcontrôleur est un circuit complet sous forme de circuit imprimé, comprenant les éléments de base d’un ordinateur : un processeur, différents ports d’entrée et de sortie, et même de la mémoire dans certains cas. Certains microcontrôleurs, comme le micro:bit, peuvent accueillir différents capteurs pour réaliser des projets plus complexes. Ces robots sont une excellente façon d’explorer les notions d’électricité.
Il existe de nombreux types d’activités de robotique. Selon les objectifs pédagogiques poursuivis, on peut considérer deux grands groupes.
- Les défis de programmation
Ici, l’activité cognitive principale consiste à créer un code qui permettra à un robot d’effectuer une tâche précise. C’est le cas par exemple de tous ces petits robots préfabriqués qui doivent suivre un chemin tracé ou éviter des obstacles sur leur route.
Il est même possible que tout cela se déroule en ligne, comme avec les jeux Blocky, Scratch, Code.org, Swift Playground ou encore MakeCode Arcade. Cet article vous aidera à faire vos premiers pas dans cette direction.
- Les défis de conception
Ici, ce sont davantage la créativité et l’innovation qui seront mises de l’avant dans les activités. Par exemple, on pourrait proposer un problème où il faudrait créer un manège, le bolide le plus rapide ou des robots de chantier de construction. Zone 01, la compétition de robotique scolaire, offre également de nombreux défis, tous très originaux. Dans ces cas, la résolution de problème et la démarche de conception technologique prennent le dessus, tandis que la programmation est souvent réduite au minimum.
Pour des tâches plus complexes, il suffit de proposer des défis qui sollicitent les deux types d’activités. Par exemple, on pourrait demander de créer une machine capable de trier des billes de couleurs, un système automatisé pour arroser des fines herbes ou un chandail qui réagit à la musique ambiante. Heureusement, une complexité accrue ne signifie pas nécessairement une plus grande difficulté. Les situations d’apprentissage peuvent rester à la portée des jeunes tout en étant intégrées dans un projet de classe ayant une thématique plus large.
4. Par où commencer?
Des conseils pour démarrer du bon pied
Dans ce numéro du magazine École branchée, Martine Rioux de l’École branchée donne 5 précieux conseils au personnel enseignant débutant :
- S’entourer : Pour se lancer dans quelque chose de nouveau, il vaut mieux s’appuyer sur l’expertise de collègues plus expérimentés. Si ce n’est pas dans votre école, vous pouvez rejoindre des communautés virtuelles sur Facebook, par exemple.
- Faire des liens avec le programme : En robotique, le point de départ demeure le même, soit de bien identifier votre intention pédagogique. La robotique offre de nombreuses occasions de mettre à profit les compétences et les contenus du Programme de formation de l’école québécoise.
- Changer son état d’esprit : Avec la programmation, l’enseignante ou l’enseignant devient davantage un guide pour accompagner ses élèves dans l’utilisation d’outils, la compréhension et la réalisation de tâches. Il joue alors un rôle de facilitateur en donnant accès aux ressources qui permettront à ses élèves de résoudre le problème posé. Il est également important de lâcher prise et d’accepter de ne pas tout contrôler.
- Accepter de ne pas tout savoir : Même avec l’expérience, il demeure impossible de connaître tous les concepts informatiques. Certains élèves pourraient démontrer une meilleure aisance que vous, et c’est tant mieux. C’est l’occasion de faire confiance aux élèves, de profiter de leur expertise et de créer une communauté apprenante.
- Cultiver l’art de se questionner : La programmation consiste à une succession d’essais et d’erreurs. Le personnel enseignant doit guider ses élèves et les inviter à prendre des risques.
Nous ajoutons un sixième conseil. Faire de la robotique exige de revoir sa gestion de classe. Le travail coopératif, le rangement des robots et de leurs nombreuses pièces, la recharge des piles et la gestion des ordinateurs ou tablettes nécessitent de repenser les règles et le fonctionnement de la classe. Cela ne peut s’effectuer sans l’aide des élèves à qui vous devrez confier de nouvelles responsabilités pour vous soutenir. Heureusement, certaines personnes partagent leurs systèmes de rangement avec la communauté.
Se former
Au Québec, la formation continue du personnel enseignant est facilement accessible et adaptée à notre contexte scolaire.
- Le RÉCIT offre de nombreuses autoformations gratuites pour s’initier au fonctionnement de plusieurs technologies comme Ozobot, Sphero, Bee-Bot ou WeDo 2.0, et aux microcontrôleurs comme Micro:Bit et Lilypad.
- CADRE21 propose aussi gratuitement une autoformation pour les débutants qui désirent acquérir des connaissances générales sur la programmation et la robotique, comme pour les personnes qui désirent aller plus loin.
- De plus, la plupart des conseillers locaux du RÉCIT dans les centres de services scolaires offrent de la formation et de l’accompagnement personnalisé à leur personnel.
Pour peu qu’on soit prêt à investir un peu de temps, la robotique n’a jamais été aussi accessible.
S’équiper
Ensuite vient le difficile choix du matériel à travers l’offre sans cesse grandissante. Ce choix est d’abord défini par les objectifs pédagogiques poursuivis. Le budget et la clientèle entrent également en ligne de compte. De plus, l’enseignant doit se demander si tous ses élèves feront de la robotique en même temps, et donc utiliser les mêmes robots. Si c’est le cas, il faudra prévoir un montant important. Sinon, en travaillant en ateliers par exemple, les coûts peuvent demeurer tout à fait raisonnables.
Pour démarrer avec des élèves du 3e cycle du primaire avec un petit budget, nous conseillons de commencer avec l’achat de microcontrôleurs (micro:bit ou Makey Makey). Leurs logiciels de programmation sont disponibles en ligne gratuitement. Le moins coûteux est le micro:bit qui permet de faire toute sorte de projets. On parle d’environ 30 $ par appareil. En plus d’être très peu coûteux, il existe plusieurs activités en ligne adaptées à son utilisation en classe. Par exemple, l’équipe de Learn Québec propose plusieurs séries de défis clés en main, supportés par des tutoriels, qui peuvent très bien se réaliser en atelier. D’autres organismes comme Kids Code Jeunesse offrent également des petites activités pour débuter.
Pour un projet d’envergure avec micro:bit, on pourrait réaliser une serre ou des plantations avec un arrosage automatisé. Dans cet article, une classe de l’école primaire Sainte-Thérèse du Centre de services scolaire des Bois-Francs a décidé de faire pousser des fines herbes grâce à un arrosage automatisé.
Vous n’avez pas de budget pour l’achat d’ensembles de robotique ? La première chose à faire est de faire l’inventaire du matériel déjà disponible autour de votre classe. En effet, une grande majorité d’écoles au Québec s’est équipée ces dernières années grâce aux fonds du Plan d’action numérique en éducation et en enseignement supérieur. Il est possible qu’il y ait du matériel disponible dans le local d’une collègue ou dans une école voisine.
Vous pouvez aussi vous informer auprès des conseillers RÉCIT ou TIC de votre centre de services scolaire. Plusieurs prêtent des flottes de matériel robotique varié, avec ou sans accompagnement.
Finalement, si vous n’avez rien à portée de main, sachez qu’il existe des façons de développer la pensée de programmation sans robot et même sans écran. Cet épisode du balado Intention numérique propose des pistes fort intéressantes.
Des références incontournables pour démarrer
micro:bit :
Makey Makey :
LEGO EV3 ou Spike Prime :
Thymio :
Sites généraux :
- Robot-tic
- Robotique CSSMI
- Programmation et robotique – CSS Laval
- Ateliers programmation et robotique
- Padlet de ressources en robotique
Pages Facebook à suivre :
(N’hésitez pas à nous écrire si vous connaissez des ressources incontournables à ajouter à cette liste!)
5. Des activités pour toutes les disciplines
Les activités de robotique ont tout ce qu’il faut pour susciter l’engagement des jeunes. En plus de mobiliser de nombreux savoirs, l’enseignant pourra utiliser l’apprentissage par projet et la coopération pour engager ses élèves autour de la réalisation de tâches complexes. La résolution de problèmes fait également partie de la démarche alors que les situations d’apprentissage nécessitent la mobilisation de plusieurs habiletés. La robotique pédagogique suscite aussi la créativité des jeunes qui doivent imaginer des pistes de solution originales pour arriver à leurs fins.
Cependant, les principaux arguments entendus en défaveur de la robotique à l’école demeurent la difficulté de faire des liens avec le programme de formation ainsi que l’évaluation.
La réponse se trouve dans la planification des activités pédagogiques. Tout comme fabriquer une serre, construire un pont en bâtonnets à café ou réaliser un livre de recettes ne font pas partie du curriculum, la robotique et la programmation constituent des modalités supplémentaires dans la boîte à outils du personnel enseignant.
Comme tout projet pédagogique, l’évaluation de la démarche demeure plus importante que le produit fini. Et conséquence, l’outil de mesure à privilégier sera une grille centrée sur le processus. Bien qu’il soit possible d’amasser des traces écrites, l’entrevue s’avère une modalité intéressante puisqu’elle permet du même coup d’évaluer la progression des compétences à communiquer oralement. De plus, un projet de robotique favorise le développement de compétences dans différentes disciplines.
Science et technologie
Il est assez facile de lier un projet de robotique à la démarche de conception technologique de la compétence Proposer des explications ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique du programme de science et technologie. En effet, l’élève pourrait être amené à identifier un problème, planifier sa démarche, réaliser un prototype, le tester et l’améliorer.
Pour l’évaluation, le Centre de services scolaire des Mille-Îles partage cette grille d’évaluation en lien avec un défi robotique scientifique. Vous pouvez également vous inspirer de ces autres grilles d’évaluation produites par le Centre de services scolaire du Chemin-du-Roy.
Du même coup, l’élève pourrait mobiliser certains concepts du programme comme l’électricité, les machines simples, la force et le mouvement, l’énergie, ou d’autres gravitant autour du projet comme la photosynthèse ou la croissance des plantes, par exemple.
En électricité, la robotique permet de s’initier facilement aux concepts de conduction, d’isolation et de circuit électrique. Par exemple, il est intéressant d’utiliser le microcontrôleur Makey Makey et des bananes, qui sont conductrices d’électricité.
Pour les machines simples, il serait possible de proposer à la classe de construire un parc d’attractions où chaque équipe conçoit un manège avec un moteur et des pièces LEGO EV3 ou Spike Prime auxquelles peut s’ajouter du matériel de bricolage (carton, papier adhésif, bâtonnets à café, etc.)
Mathématiques
La mathématique représente aussi une porte d’entrée facile pour la programmation et la robotique. Les situations d’apprentissage favorisent le développement de la compétence Résoudre des situations-problème ou Raisonner à l’aide de concepts et de processus mathématiques. À cet effet, le Centre de services scolaire du Chemin-du-Roy propose ces grilles d’évaluation.
Les concepts de géométrie comme les angles, les polygones, le périmètre ou encore la mesure sont régulièrement mis à profit dans les déplacements des robots. Par exemple, ces défis mathématiques pour débutants sous forme de cartes de tâches utilisent les robots EV3. Ces autres défis géométriques se réalisent pour leur part avec Thymio. De plus, dans La quête des guerriers, on propose de mobiliser des concepts de probabilités dans des activités fort stimulantes. Enfin, si on utilise Ozobot, il sera possible de travailler le plan cartésien, sous forme de défis.
De plus, la coopération force l’utilisation du vocabulaire mathématique (ex. : centimètre, parallèle, triangle isocèle, sommet, prisme), développant au passage la compétence Communiquer à l’aide des langages mathématiques.
Domaine des langues
En langues, mis à part la lecture de texte, un robot peut servir d’élément déclencheur à l’écriture d’une histoire. Le travail du robot peut faire l’objet d’explications, de discussions et d’argumentations, tant à l’oral qu’à l’écrit. Par exemple, vous pouvez faire la lecture d’un livre jeunesse présentant une problématique à résoudre (ex. : je n’arrive pas à envoyer une lettre au père Noël, un oiseau a une aile brisée et n’arrive plus à voler, etc.). Par la suite et sans raconter le dénouement de l’histoire, on peut proposer aux élèves de trouver une solution qui implique un robot. Ils doivent alors construire et programmer pour résoudre le problème.
Le service national du RÉCIT, domaine des langues, propose le projet d’écriture Monstres à l’école avec micro:bit. Vous pouvez aussi utiliser Makey Makey pour faire un générateur de poèmes ou confectionner une affiche interactive pour développer la compétence Communiquer oralement. Une autre utilisation de Makey Makey en langues serait de créer un livre interactif (qui parle, qui produit du son, etc.). Le RÉCIT propose aussi un livre dont Ozobot est le héros, une activité en lien avec la compétence Écrire des textes variés, en français comme en anglais. Cette autre situation d’apprentissage et d’évaluation consiste en un projet de lecture et d’écriture en français (3e cycle) suivi de la construction d’un robot.
Univers social
Le service national du RÉCIT, domaine de l’univers social, propose aux élèves du 3e cycle du primaire de créer une maquette interactive de la société de 1820 ainsi que d’autres idées ici. À l’aide du microcontrôleur Makey Makey, il sera possible d’entendre un enregistrement audio lorsqu’on appuie à des endroits sur un modèle réduit. Une autre activité invite les jeunes à concevoir une maquette historique du Québec de 1980 (à voir en vidéo). Voilà deux situations d’apprentissage engageantes pour développer la compétence Lire l’organisation d’une société sur son territoire.
Arts plastiques et musique
L’imaginaire autour de la thématique des robots constitue une source infinie d’inspiration pour la création d’œuvres visuelles et musicales. Les microcontrôleurs peuvent rendre les productions interactives par l’ajout de lumière, de mouvements ou de sons.
Pour vous inspirer, le Campus RÉCIT propose de créer un masque de loup avec Lilypad, une marionnette animée ou une oeuvre d’art interactive. Avec Barbeau vs Barbot, le service national du RÉCIT, domaine des arts, propose de travailler conjointement avec un robot pour réaliser une œuvre à la manière du mouvement des automatistes.
En musique, les microcontrôleurs Makey Makey et Micro:bit peuvent être mis à profit dans la production d’œuvres, comme la conception de la sonnerie de l’école. En associant musique et arts plastiques, vous ferez d’une pierre deux coups dans un projet très créatif et stimulant.
Compétences transversales
Finalement, selon les objectifs pédagogiques poursuivis, un projet de robotique pourra permettre le développement des compétences transversales « Résoudre des problèmes », « Mettre en œuvre sa pensée créatrice », « Se donner des méthodes de travail efficaces », « Coopérer » et évidemment « Exploiter les technologies de l’information et des communications ».
Des projets multidisciplinaires inspirants
Les projets multidisciplinaires ci-dessous sont de plus grande envergure. Vous laisserez-vous inspirer?
micro:bit :
- Projet Halloween : concevoir un monstre en lui intégrant un micro:bit à la place de la bouche (arts plastiques, science et technologie).
- Transformation d’un jouet (en anglais) : un projet complet dans lequel il est demandé à l’élève d’apporter un vieux jouet de la maison pour le métamorphoser en décoration d’Halloween (mathématiques, science et technologie, arts plastiques, musique, géographie).
- Code de l’espoir (en anglais) : coder un micro:bit pour qu’il partage des messages sonores et visuels positifs (musique, arts plastiques, science et technologie).
- Astro le robot : créer un robot grandeur nature en y ajoutant des micro:bit et lui faire faire, par exemple, le jeu roche-papier-ciseaux (français, science et technologie).
- Sauvegarder la planète avec le micro:bit (en anglais) : une série de projets dans lesquelles les élèves seront amenés à résoudre des problèmes d’ampleur mondiale.
- La banque de projets proposée par le site officiel de micro:bit est à découvrir.
Makey Makey :
- Une carte du monde interactive : sur cette carte, les élèves pourront donner des informations caractérisant certains pays. Dans ce projet, l’élève sera amené à choisir un état et trouver des informations (géographie), à dessiner la carte (arts), à écrire un texte (français), enregistrer le texte (expression orale) et animer le microcontrôleur (science et technologie).
- Nos coups de cœur littéraires (en passant par ce mur Padlet) : dans ce projet, l’élève donne son opinion sur un livre coup de cœur afin de créer un ensemble que d’autres camarades pourront écouter. Les élèves sont amenés à lire des livres, à écrire un texte d’opinion, à s’enregistrer (français) et à animer le tout avec Makey Makey (science et technologie).
- Dialogue animé réalisé (4e année) : sous forme de maquette, les élèves créent une mise en scène (arts plastiques) et l’animent grâce à un microcontrôleur (science et technologie). Ce projet peut très bien être adapté pour des élèves du 3e cycle.
- Dans ma tête à moi (en passant par ce mur Padlet) : les élèves réaliseront une œuvre artistique sous forme de dessin numérique (arts plastiques) qu’ils animeront avec Scratch et Makey Makey (science et technologie).
- Des projets originaux créés par des élèves : Cette vidéo présente des activités inspirantes et diversifiées réalisées par des élèves (boîte questionnaire, carte d’anniversaire, ferme, paire d’écouteurs, piano).
LEGO EV3 ou Spike Prime :
- Parcours d’exploration Mission sur Mars : sous forme de défis complexes, ce projet mobilise essentiellement les mathématiques (plan cartésien, angles, mesure de longueur et de temps).
mBot :
- Raconter des histoires avec le mBot (en anglais) : les élèves écrivent une histoire (langue) qui sera mise en scène par le robot (science et technologie).
Tous les types de robots :
- Expo programmation : les élèves exposent leurs projets de programmation préférés qu’ils ont réalisés durant l’année scolaire.
6. Conclusion
Alors que l’intelligence artificielle s’immisce dans toutes les sphères de notre vie, la robotique et la programmation offrent de nombreuses modalités pédagogiques et plusieurs contextes engageants pour développer des habiletés essentielles aux citoyens d’aujourd’hui et de demain. Ils offrent la possibilité aux élèves de découvrir concrètement comment fonctionnent les robots, tout en ayant l’opportunité de se mettre en action pour les contrôler! De plus, les projets multidisciplinaires s’intègrent parfaitement dans la planification de l’enseignement au primaire.
S’initier à la robotique peut sembler difficile, mais il n’a jamais été aussi facile de se former, de se procurer du matériel ou de mettre la main sur des situations d’apprentissage et outils d’évaluation clé en main.
Pour peu que vous souhaitiez vous lancer dans l’aventure, vous trouverez une communauté apprenante prête à vous soutenir dans votre démarche. Faites un premier pas et vous verrez!
Pour aller plus loin, ne manquez pas non plus le Volume 24, numéro 3 du magazine École branchée, entièrement consacré au sujet! (Aussi offert en anglais.)
DOSSIER ROBOTIQUE
Ce dossier fait partie d’une série produite par l’École branchée sur le thème de la robotique. Retrouvez aussi :
- CréaCamp Découverte Programmer micro:bit grâce à un simulateur (19 avril à 16h30) – Avec Sonya Fiset, service national du RÉCIT, domaine de la mathématique, de la science et de la technologie (MST)
- Entrevue avec Jean-Michel Biron, Vice-président technologie et innovation chez Avior Produits intégrés (à venir)
- Guide d’activités numériques SCOOP! (à venir)
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