Que font les robots dans les écoles ?
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Dominant le lac Léman, un laboratoire de l'EPFL, l'université suisse, explore des pistes pour rendre les robots plus efficaces dans l'enseignement. La chercheuse postdoctorale Wafa Johal explique l'importance de cette recherche.
Aujourd'hui, les robots sont plus présents que jamais dans les écoles. Contrairement à d'autres technologies numériques, comme les tablettes numériques, ils permettent une interaction physique et kinesthésique avec le monde numérique.
Les robots comme outil pédagogique
Lorsqu'on utilise des robots dans l'enseignement, l'accent est généralement mis sur la programmation ou les principes de la robotique ; par exemple, les apprenants doivent comprendre que programmer un robot consiste à associer les données des capteurs (par exemple, les mesures de distance) aux commandes des moteurs (par exemple, tourner à gauche). Dans certains cas, les élèves assemblent des robots à partir de kits, conformément à l'esprit du mouvement « Maker ».
Mais il existe aussi des robots préfabriqués tels que ThymioThymios, un petit robot développé à l'EPFL par Francesco Mondada et son équipe, connaît un succès fulgurant – 2 000 exemplaires sont vendus chaque mois – et illustre une nouvelle mission pour le secteur de l'éducation : aider les individus à développer leurs compétences en pensée informatique.
Convaincue que les robots peuvent faire encore plus pour promouvoir l'éducation, notre équipe de l'EPFL laboratoire CHILI a développé un nouveau robot de la taille d'une paume appelé CelluloCe robot est conçu pour être manipulé par les mains de l'utilisateur plutôt que par programmation. Sa conception innovante permet à l'utilisateur de le pousser dans une direction opposée à ses mouvements sans l'endommager. Les mouvements du robot procurent un retour haptique à l'utilisateur, qui ressent les forces exercées sur ses mains. Lors d'une expérience récente, ce retour haptique a permis à des apprenants de ressentir des effets de vent simulés sur une carte de l'Europe.
La nouvelle version de Cellulo propose un ensemble de 10 robots manipulables collectivement par un apprenant, introduisant ainsi les concepts de robotique en essaim tangible et d'intelligence collective. Lorsqu'un apprenant fait pivoter un Cellulo sur une table, les neuf autres pivotent dans le même sens. Pour comprendre ce fonctionnement, visionnez cette vidéo.
Humanoïdes pour le tutorat
Un autre type de robots, les humanoïdes (robots conçus pour ressembler au corps humain), devient de plus en plus abordable et intelligent. Ces robots ne sont pas destinés à être manipulés ou programmés par les élèves ; l’objectif est plutôt de favoriser des interactions variées avec eux.
La plupart des jeunes trouvent ces humanoïdes mignons et fascinants, mais parents, enseignants et journalistes s'inquiètent de leur utilisation dans le contexte éducatif : « Allez-vous remplacer les enseignants par des robots ? » est une question qui revient souvent. Notre réponse préférée : « Oui, bien sûr, et nous remplacerons aussi les enfants par des robots, et alors tous les problèmes de l'éducation seront résolus ! »
Mais soyons sérieux. Les enfants n'apprennent pas grâce à leurs interactions avec un robot, mais parce qu'ils participent à certaines activités qui déclenchent des processus cognitifs ; ces processus, à leur tour, produisent l'apprentissage.
« Les enfants n’apprennent pas grâce à leurs interactions avec un robot, mais parce qu’ils participent à certaines activités qui déclenchent des processus cognitifs ; ces processus, à leur tour, produisent l’apprentissage. »
Il existe une différence majeure entre une interaction aisée avec un robot et une activité d'apprentissage productive : alors que les recherches actuelles sur l'interaction homme-robot s'attachent à éliminer les malentendus, les spécialistes de l'éducation privilégient la conception de robots qui permettent ces malentendus, voire les désaccords. En effet, les malentendus et les conflits incitent l'enfant à argumenter, à reformuler et à expliquer, activités reconnues pour favoriser l'apprentissage.
Des robots qui se comportent délibérément mal
Illustrons cette approche par deux exemples utilisant un petit humanoïde, appelé Nao, qui est un produit commercial. Dans le Activité de co-lectureNao lit à voix haute un livre d'histoires en suivant les mots du doigt – et il lui arrive de se tromper. L'enfant doit alors interrompre le robot et lui signaler ses erreurs.
Dans l' Activité de co-écriture, On demande aux enfants d'entraîner le robot à passer un test d'écriture ; ce principe s'appelle « l'apprentissage par l'enseignement ». En réalité, le robot est incapable de s'exercer à écrire. Il donne seulement l'illusion d'écrire sur une tablette ; l'enfant prend ensuite la tablette et corrige l'« écriture » produite par le robot.
Cette activité est conçue pour les enfants en fin de première année de primaire. À ce stade, la plupart d'entre eux maîtrisent les bases de l'écriture, mais certains peuvent encore présenter des difficultés dans ce domaine, ce qui peut poser problème par la suite. Des enfants qui, d'après leurs thérapeutes, ne pouvaient normalement se concentrer que pendant 10 minutes, s'efforçaient sans cesse d'enseigner au robot, persévérant jusqu'à 50 minutes. C'est ce qu'on appelle « l'effet protégé ».
« Alors que les recherches actuelles sur l’interaction homme-robot se concentrent sur l’élimination des malentendus, les experts en éducation préfèrent concevoir des robots de manière à permettre de tels malentendus, voire des désaccords. »
Les lettres ou les mots utilisés dans cette activité doivent être choisis en fonction des besoins de l'enfant. Nous avons adapté au numérique des tests standardisés de dysgraphie, c'est-à-dire l'incapacité à écrire de manière cohérente. En combinant une tablette graphique performante et des algorithmes d'apprentissage automatique, nous avons pu établir un diagnostic très précis en quelques secondes seulement (au lieu des trois heures nécessaires pour corriger un test papier).
De nombreuses inquiétudes concernant la robotique éducative proviennent de l'idée reçue que les robots seront utilisés pour remplacer les enseignants. Or, il ne s'agit pas de remplacer les enseignants. Plutôt que de nous limiter à des applications qui reproduisent le travail des enseignants, notre laboratoire explore des idées novatrices, les met en œuvre puis les teste dans les écoles des environs du lac Léman.
Ce ne sont là que quelques-uns des projets auxquels nous participons chez EPFLL'EPFL est une université suisse qui met l'accent sur la recherche et le développement dans les domaines des technologies d'apprentissage et de la pensée computationnelle. Ses activités vont bien au-delà de la robotique éducative. L'EPFL a récemment inauguré le Collisionnaire suisse des technologies éducatives, un espace collaboratif qui abrite plus de 30 start-ups actives dans tous les types de technologies pour l'éducation numérique.
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Notes
Le co-auteur de cet article de blog, Pierre Dillenbourg, est professeur de technologies d'apprentissage à l'université Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)Ancien instituteur, il a étudié la recherche en éducation avant de décrocher un doctorat en intelligence artificielle. Ses projets de recherche portent notamment sur l'apprentissage collaboratif assisté par ordinateur, la robotique éducative, l'analyse des données d'apprentissage, le suivi oculaire et les MOOC.
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Cette action est conçue pour les enfants en fin de première année de primaire. À ce stade, la plupart d'entre eux ont appris l'alphabet, mais certains présentent encore des lacunes dans ce domaine, ce qui constitue un problème lors de leur entrée à l'école.
Oui, en effet, le plus tôt sera le mieux. Nous intervenons à deux niveaux dans l'apprentissage de l'écriture : l'aspect pédagogique et un aspect plus médical/de rééducation. Sur le plan pédagogique, nos activités s'adressent généralement aux enfants de 5 ans, car ils connaissent les lettres mais ont encore besoin de s'exercer pour acquérir la qualité et la rapidité nécessaires à la prise de notes en classe [1,2]. Sur le plan médical, nous travaillons au diagnostic des difficultés d'écriture, généralement dans des centres d'ergothérapie qui prennent en charge les enfants de 6 à 14 ans [3]. L'apprentissage de l'écriture prend environ 10 ans et des difficultés peuvent survenir à chaque étape du développement.
[1] Asselborn, TLC, Güneysu Özgür, A., Mrini, K., Yadollahi, E., Özgür, A., Johal, W., & Dillenbourg, P. (juin 2018). Donner vie aux lettres : l’écriture manuscrite avec des robots tangibles à retour haptique. Dans : Actes de la 17e conférence ACM sur la conception d’interaction et les enfants (n° CONF, p. 219-230). ACM.
[2] Johal, W., Jacq, A., Paiva, A., et Dillenbourg, P. (août 2016). Disposition spatiale enfant-robot dans une activité d'apprentissage par l'enseignement. Dans Robot and Human Interactive Communication (RO-MAN), 2016 25e Symposium international IEEE sur (pp. 533-538). IEEE.
[3] Asselborn, T., Gargot, T., Kidziński, Ł., Johal, W., Cohen, D., Jolly, C. et Dillenbourg, P. (2018). Diagnostic automatisé de la dysgraphie au niveau humain à l'aide d'une tablette grand public. npj Médecine numérique, 1(1), 42.
Cet article contient des idées très intéressantes ; pouvez-vous les étayer par des sources scientifiques telles que des articles ou des publications scientifiques ?
Cordialement
Daniel
Pour plus de références, vous pouvez consulter la page web de nos projets de recherche :
https://chili.epfl.ch/cowriter
https://chili.epfl.ch/cellulo
De plus, une excellente revue sur les robots sociaux dans l'éducation a été récemment publiée dans ScienceMag : Belpaeme, T., Kennedy, J., Ramachandran, A., Scassellati, B., & Tanaka, F. (2018). Social robots for education: A review. Science Robotics, 3(21), eaat5954.