Pourquoi enseigner la robotique éducative ?

Au cours des dernières années, l'intérêt pour la robotique éducative s'est accru à mesure que les enseignants et les écoles exploitent le potentiel de la robotique pour fournir des moyens pratiques et attrayants d'enseigner le design, l'ingénierie et la technologieⁱ. Également considérée comme un moyen d'initier et d'inciter les étudiants à poursuivre une carrière dans les domaines des sciences, de la technologie, de l'ingénierie et des mathématiques (STEM)ⁱⁱ, l'utilisation de la robotique éducative est désormais plus abordable et plus robuste, grâce à toute l'attention et aux investissements accrus. donné au médium. Les avancées technologiques qui en résultent contribuent grandement à l'accessibilité de cet outilⁱⁱⁱ. En fait, certains considèrent maintenant que la robotique joue en classe un rôle similaire à celui des ordinateurs, à partir du début des années 90 et de l'introduction de l'utilisation des CD-ROM et de Microsoft PowerPoint dans les salles de classe^iv.

La présence croissante de la robotique éducative soulève des questions importantes. Quelles sont les meilleures utilisations de ce nouvel outil passionnant ? Comment pouvons-nous établir les meilleures pratiques ? Comment conceptualisons-nous l’objectif de la robotique éducative en classe ? Ces questions peuvent être plus compliquées qu’il n’y paraît à première vue. Et y répondre pourrait dans un premier temps susciter davantage de questions qu’au début. Par exemple, les élèves utilisent-ils la robotique éducative comme support pour afficher leurs idées et leurs réflexions, ou les élèves créent-ils des idées et des réflexions en interagissant avec le support ? La robotique éducative est-elle un moyen pour les étudiants de montrer leurs compétences, ou est-elle une infrastructure sur laquelle les étudiants construisent de nouvelles compétences^contre ? Peut-être qu’examiner un aspect de l’utilisation de l’ordinateur en classe pourrait aider à éclairer davantage le sujet.

Un média peut avoir une portée différente en fonction de son application. La peinture peut être considérée comme un médium, celui qui peut être utilisé pour peindre une clôture ou la chapelle Sixtine. La polyvalence des ordinateurs en tant que support est sans doute encore plus grande ; un ordinateur peut être utilisé en classe avec une portée très limitée, soit comme calculatrice, soit comme traitement de texte, mais également considéré et adopté comme un puissant moyen de communication à part entière. Comme Mark Guzdial l'a souligné, les ordinateurs peuvent être compris comme une forme moderne de l'imprimerie de Gutenberg^vi, et comme un moyen de réfléchir à d'autres domaines. Ainsi, des technologies comme la modélisation informatique et les algorithmes ont eu un impact significatif sur notre compréhension des domaines des mathématiques et des sciences^vii.

Quelle est alors la portée de la robotique éducative ? La robotique éducative peut être utilisée comme des objets prédéfinis qui effectuent des tâches très spécifiques, tandis que certains systèmes de robotique éducative permettent aux étudiants de devenir des participants actifs dans la conception de leur apprentissage – ainsi que des créateurs d'artefacts informatiques, au lieu d'utilisateurs passifs d'appareils fabriqués par d'autres. pour eux^viii. Cela présente un ensemble unique d’opportunités pour les enseignants. La robotique éducative devient ainsi un moyen offrant aux étudiants la possibilité d'exercer leur voix et leurs choix dans l'apprentissage et de les impliquer non seulement dans la résolution de problèmes, mais également dans la recherche de problèmes, la construction de problèmes, l'analyse de problèmes, ainsi que la planification et le suivi des efforts de résolution de problèmes. La robotique éducative devient alors quelque chose de bien plus grand : un moyen de préparer les étudiants à la complexité des défis qui les attendent alors qu'ils se préparent à des emplois qui n'existent pas actuellement^ix, et également un moyen d'incorporer d'autres dextérités précieuses (par exemple, la communication et la collaboration). ) appartenant au spectre plus large des compétences du 21e siècle.

Les efforts déployés par les écoles pour mettre en œuvre la robotique éducative semblent avoir produit autant de manifestations que de motivations différentes qui animent les initiatives. Certaines écoles utilisent cet outil dans le cadre d'un cours autonome d'informatique ou de STEM, tandis que d'autres écoles utilisent cette solution moderne pour compléter les matières traditionnelles. D’autres écoles encore les utilisent comme activités parascolaires qui capitalisent ensuite sur les effets motivationnels de la « gamification » et des compétitions pour accroître la participation et l’engagement des élèves. De la même manière que les écoles ont appris à ne pas limiter l'utilisation des ordinateurs à des calculatrices coûteuses, l'utilisation de la robotique éducative ne devrait pas être limitée par des contraintes perçues.

Les utilisations suivantes de la robotique éducative méritent d’être explorées en détail :

• Comprendre notre monde
• Enseigner l'éducation STEM intégrée de manière novatrice
• Enseigner la pensée computationnelle
• Se sentir à l'aise avec l'itération et apprendre de l'échec
• Être exposé et en apprendre davantage sur les emplois du futur

Pour comprendre notre monde

La science est l'explication du monde naturel. Les étudiants qui possèdent des connaissances scientifiques sont capables de comprendre à la fois les concepts et les pratiques scientifiques. Par conséquent, enseigner les sciences aux étudiants leur offre l’opportunité de comprendre le monde dans lequel ils habitent. C'est pourquoi les programmes d'études secondaires dans tout le pays incluent des matières comme l'astronomie, la biologie et la chimie. Mais qu’en est-il de la robotique ? De toute évidence, les robots sont répandus dans notre vie quotidienne, et cette prévalence augmente^x. Les améliorations technologiques associées aux robots ont conduit à une croissance exponentielle de la puissance de calcul et du stockage de données^xi. Cela a abouti à des robots capables d’apprendre et de prendre des décisions éclairées par les expériences d’autres robots. Les robots ne sont plus des machines remplissant des fonctions simples. De plus, la demande croissante de robots et de technologies robotiques touche tous les secteurs. Oui, les usines abritent de nombreux robots, mais les robots sont également désormais plus courants dans les environnements éducatifs et de divertissement. Il est fort possible que dans un avenir proche, les robots aident de nombreux membres de la population âgée à vivre de manière indépendante dans leur domicile, créant ainsi un nouveau domaine de « co-robots ».^xii

Les écoles, à juste titre, enseignent sur les planètes et les étoiles qui existent à des années-lumière de…mais pas sur la technologie avec laquelle beaucoup interagissent quotidiennement. C'est un défi, mais aussi une opportunité. L’éducation est le moteur de la science et de l’innovation. L'étude de la biologie continue de conduire à de meilleurs traitements et à l'éradication des maladies^xiii. Si la robotique devenait une matière académique essentielle dans nos écoles, elle pourrait potentiellement avoir un impact similaire.

Enseigner l'éducation STEM intégrée de manière innovante

Les chercheurs en éducation suggèrent que les enseignants ont souvent du mal à établir des liens entre les disciplines STEM^xiv. Cela représente un défi pour les écoles, car les normes scientifiques de nouvelle génération présentent des concepts transversaux couvrant différents domaines scientifiques. Par conséquent, les étudiants auront du mal à transférer des concepts souvent enseignés de manière isolée au contexte intégré qu’ils verront lors des examens d’évaluation. Une autre conséquence involontaire de l’enseignement isolé des concepts scientifiques est sa tendance à créer un environnement d’apprentissage dans lequel les étudiants se désengagent. Les exemples authentiques qu’ils voient de la science dans leur vie quotidienne sont profondément intégrés dans les disciplines STEM plutôt que singuliers. L'objectif de l'enseignement STEM est d'aider les étudiants à organiser l'information au sein et entre les disciplines, pour être capables d'identifier et de raisonner les similitudes et les modèles structurels profonds au sein de cette information ; le point culminant aboutissant idéalement à la capacité d'appliquer cette organisation des connaissances à des situations et des problèmes complexes de la vie quotidienne^xv.

La robotique éducative peut aider à relever ces défis en jouant le rôle de facilitateur pour les enseignants et les écoles qui cherchent à organiser l'enseignement STEM. Étant donné que la portée de la robotique éducative va bien au-delà d’un jouet pouvant recevoir des instructions simples, les salles de classe qui utilisent la robotique éducative peuvent offrir aux étudiants de solides défis d’ingénierie et de programmation.

Enseigner la pensée informatique

Au cours des dix dernières années, la pensée informatique a gagné en popularité et en inclusion dans les classes de la maternelle à la 12e année^xvii. La pensée informatique fait partie des normes scientifiques de nouvelle génération et constitue un élément essentiel des mathématiques et des sciences du monde réel. La pensée informatique est largement considérée comme faisant partie intégrante de toute classe STEM^xviii.

La popularité croissante de la pensée informatique en tant que concept, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur des écoles, a conduit les écoles à tenter de trouver des outils efficaces pour intégrer et enseigner la pensée informatique à leurs élèves. Un objectif correspondant a été d'élargir la participation aux cours - en particulier d'informatique - qui approfondissent la pensée informatique ; Réduire l’écart entre les sexes dans ce domaine a également été un objectif constant. Actuellement, les filles représentent environ la moitié de tous les candidats aux tests AP, mais ne représentent que 25 % de ceux qui suivent des cours d'informatique AP^xix

La robotique éducative peut être un outil efficace pour enseigner la pensée informatique tout en contribuant à élargir les objectifs de participation.^{xx xxi} Les progrès récents en robotique éducative ont réduit les coûts et augmenté la facilité d'utilisation, les rendant plus accessibles aux étudiants et progressivement considérés comme un moyen fiable d'apprendre les concepts abstraits STEM. En tant que tel, le lien entre l’informatique et la robotique est clair ; les étudiants ont la capacité de programmer leurs robots pour effectuer des tâches complexes, tant en classe que sur les terrains de compétition. Bien que l’exécution de tâches complexes puisse être la fin, les moyens consistent à décomposer ces tâches en parties plus petites, puis à les construire de manière itérative pour créer une solution. Dans les salles de classe, l'échafaudage de ce processus est d'une importance vitale et, une fois encore, la robotique éducative peut être efficace pour faciliter à la fois la décomposition et l'échafaudage de tâches complexes. En conséquence, les robots peuvent être un outil efficace pour enseigner la pensée informatique, comme premier les preuves le montrent.^{xxii xxiii} L'enseignement efficace de la pensée informatique se traduit également par la capacité d'appliquer la pensée informatique dans différents domaines. La capacité d’enseigner efficacement des compétences de pensée informatique généralisables, tout en offrant simultanément des moyens d’aider à diversifier les étudiants qui entrent dans ces domaines, fait de la robotique éducative un contributeur important à l’intégration de la pensée informatique dans les écoles et dans le mouvement de l’informatique pour tous.

Pour devenir à l'aise avec l'itération et apprendre de l'échec

La conception technique et la méthode scientifique sont des phénomènes liés, mais contiennent des distinctions importantes. En science, l'accent est mis sur la recherche de règles générales décrivant les actions de notre monde et de notre univers, tandis que l'ingénierie consiste à trouver des solutions à un problème particulier qui satisfont à toutes les contraintes contenues dans ce problème^xxiv. Certains ont résumé cette distinction par l'adage « les scientifiques étudient mais les ingénieurs créent »^xxv Lorsque l'on considère le processus créatif, nous devons reconnaître sa dépendance souvent importante à l'égard de l'itération.

Plusieurs itérations sont cruciales pour concevoir des idées et des activités conçues pour atteindre certains objectifs, qu'il s'agisse de répondre/dépasser les attentes des clients ou de participer à un défi concurrentiel. Les multiples itérations requises inhérentes aux activités de robotique éducative ont été reconnues comme capables de maintenir l’intérêt et l’engagement soutenu des étudiants.^xxvi De plus, la composition des kits robotiques eux-mêmes, avec de nombreuses pièces différentes qui peuvent être rapidement assemblées puis démontées, favorise une attitude d'itération. Étant donné que les itérations multiples abordent souvent l’importante leçon de vie « essayez, réessayez », les élèves bénéficient énormément de l’apprentissage du fait que les « échecs » peuvent être considérés comme faisant partie intégrante du processus. Une autre leçon largement applicable, issue d'un regard plus abstrait sur les avantages auxiliaires de l'outil, est la tendance de la robotique éducative à présenter de multiples solutions, même aux défis les plus simples. Qu'est-ce qui pourrait plus élargir les horizons d'un étudiant que de réaliser qu'il existe effectivement plusieurs solutions au même problème ? Nous avons constaté que cela produit des avantages intéressants : une probabilité accrue que les étudiants demandent des commentaires aux enseignants et une plus grande probabilité que les étudiants comprennent que ce qu'ils apprennent est important.^xxvii Les avantages ne font que s'aggraver à partir de là : les enseignants engageant les élèves de cette manière peuvent conduire à une plus grande efficacité personnelle des élèves, l'élément clé conduisant à une plus grande volonté d'apprendre de l'échec.^xxviii

Être exposé et découvrir les métiers du futur

Le changement, notre seule constante, n’est pas étranger à la nature du travail. En 1900, environ 40 % de la main-d’œuvre américaine travaillait dans des fermes. Aujourd’hui, ce chiffre n’est plus que de 2 %.xxix Si cela vous semble il y a trop longtemps, trop loin, rappelez-vous qu’il y a à peine 50 ans, le travailleur moyen n’avait pas besoin de lire ou d’écrire pendant sa journée de travail.^xxx Les tendances actuelles peuvent être résumées dans une étude de 2013 largement lue et discutée du Département des sciences de l'ingénieur de l'Université d'Oxford, qui estime que 47 % des emplois actuels risquent d'être perdus à cause de l'automatisation.^xxxi

Une distinction importante entre les préoccupations actuelles, par opposition au tourbillon normal de destruction et de création d’emplois d’hier, est la « polarisation des emplois ». Le terme s’applique à la disparition des opportunités d’emploi, ce qui signifie qu’il existe une forte demande d’emplois hautement qualifiés et peu qualifiés, mais les opportunités d’emplois moyennement qualifiés et à salaire moyen ont diminué.^xxxii Ce problème important peut être attribué à l'automatisation du travail de routine, et les réponses impliquent de reconnaître le caractère inévitable de l'automatisation en travaillant de manière créative vers l'augmentation. Les entreprises qui surfent avec succès sur cette vague sont celles qui réagissent avec flexibilité et fluidité, apprenant à travailler avec la technologie plutôt que de fuir ou de se rebeller contre sa présence et son impact redoutables.^xxxiii En tant qu'éducateurs, il est essentiel que nous réagissions nous aussi de manière créative, en recherchant des solutions innovantes à l'incertitude de l'avenir. Il appartient aux systèmes d’enseignement primaire et secondaire de reconnaître les réalités qui se profilent à l’horizon et d’enseigner des compétences pertinentes et précieuses, ce qui, dans le cas actuel, peut signifier que les ordinateurs ne sont tout simplement pas bons. Celles-ci incluent la créativité, les compétences interpersonnelles et la résolution de problèmes, toutes les compétences qui peuvent être cultivées grâce à une utilisation raffinée de la robotique éducative.^xxxiv

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