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Theses Year : 2019

Design and evaluation of educational robotic kits

Conception et évaluation de kits robotiques pédagogiques

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Thibault Desprez

Abstract

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 tobe confirmed scientifically ; especially in terms of real classroom usability and their impact onthe effectiveness of learning and the motivational engagement of students. Moreover, it seemsthat these impacts also depend on the way in which these pedagogical tools are used (anddiverted) by the teacher in class, as well as by the school context itself. For these reasons, thismanuscript proposes in a first step in articulating a state of art from a variety of disciplinaryfields, notably scientific, such as computer science and robotics, IHM, psychology, cognitivesciences, or the sciences of education ; but also to introduce elements of ethics and societalissues. This part also proposes to define our environment : the actors (target users : teachersand pupils), the prescriptions (objectives and needs of the official programs), the realities ofthe field (the constraints : budget, material, reform, training, etc.). In a second step, we willpresent the elements (hardware, software and resources) constituting the educational roboticskit 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 willalso be presented, as will the activities created for the purposes of the experiments presentedin the following section. But before this one, we will show two examples of derivations of thekit : PoppyDiplo and PoppyDragster, whose second ended with an experimentation on theimpact of the documentary resources on the feeling of control of the pupil (measured by theIMI) 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 ecologicalframework (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 ofthis one ; and the acquisition of knowledge (via qcm). A qualitative study is also proposed inthis 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 thegeneral conclusion of this manuscript which will recall the main lessons of this work and itsfuture prospects.
Le potentiel des activités pédagogiques robotiques, et en particulier le rôle de l’instanciation physique de ces activités, dans lesquelles la manipulation d’objets numériques est centrale, reste encore à confirmer scientifiquement ; en particulier en matière d’utilisabilité réelleen classe et de leur impact sur l’efficacité des apprentissages et sur l’engagement motivationneldes élèves. Par ailleurs, il semble que ces impacts dépendent aussi de la manière dont ces outilspédagogiques sont utilisés (et détournés) par l’enseignant en classe, ainsi que par le contextescolaire lui-même.Pour ces raisons, ce manuscrit propose dans un premier temps d’articulerun 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 del’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 etélèves), les prescriptions (objectifs et besoins des programmes officiels), les réalités du terrain(les contraintes : budget, matériel, réforme, formation, etc.). Dans un deuxième temps, nousprésentons les éléments (hardware, software et ressources) constituant le kit robotique pédagogique Poppy ErgoJr ; co-créé et testé par des enseignants issus principalement des sectionsICN (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 pourles besoins des expérimentations présentées dans la partie suivante. Mais avant celle-ci, nousmontrerons 2 exemples de dérivations du kit : PoppyDiplo et PoppyDragster, dont le 2 nd aboutit à une expérimentation portant sur l’impact des ressources documentaires sur le sentimentde contrôle de l’élève (relevé par le IMI) lors d’une tâche de construction collaborative d’un robot. Une 2 nde expérience, avec ErgoJr, portant sur le formalisme des ressources fournies et leurimpact motivationnel sera présentée. Trois autres thématiques seront abordées : l’utilisabilitémesurée dans un cadre longitudinal et écologique (via le SUS et l’AttrakDiff) ; l’acceptabilitémesurée via l’Euro382, et un questionnaire innovant, étudiant l’impact de la nomination d’unobjet sur la perception de celle-ci ; et, l’acquisition de connaissances (via des qcm). Une étudequalitative est également proposée dans cette partie, entre autres, au travers d’une étude de casportant sur l’appropriation du dispositif par 10 enseignants. Nous finirons par une discussionayant pour objet les questions soulevées en introduction, et ouvrant sur la conclusion généralede ce manuscrit qui rappellera les principaux enseignements de ce travail et ses perspectivesd’avenir.
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tel-03003748 , version 2 (05-01-2022)

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Attribution - CC BY 4.0

Identifiers

  • HAL Id : tel-03003748 , version 1

Cite

Thibault Desprez. Conception et évaluation de kits robotiques pédagogiques : Études écologiques et expérimentales sur l’impact de l’intégration de la robotique dans le milieu scolaire, en matière d’acceptabilité, de motivation et de connaissances. Informatique [cs]. Université de Bordeaux (UB), France, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03003748v1⟩

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