Abstrait
La robotique éducative a le potentiel de devenir la pierre angulaire de l’enseignement STEM grâce à sa capacité à proposer un apprentissage pratique basé sur des projets dans le cadre d’un programme interdisciplinaire. La recherche a montré que les attitudes des étudiants à l’égard de l’apprentissage STEM diminuent à mesure qu’ils progressent dans notre système éducatif ; cultiver des attitudes positives envers les sujets STEM est crucial chez les élèves du primaire. Il a été démontré que l'intégration d'un programme de robotique aux matières STEM présente de nombreux avantages d'apprentissage positifs pour les étudiants, tout en améliorant également leur perception de ces sujets. Dans cette étude, 104 élèves allant de la troisième à la cinquième année ont participé à un projet de recherche visant à déterminer si les perceptions des élèves sur les sujets STEM changeraient après six semaines de programme de robotique. Les étudiants ont reçu une enquête préalable pour évaluer leurs attitudes à l'égard des mathématiques, des sciences, de l'ingénierie et des compétences du 21e siècle. Chaque année a ensuite suivi un programme de robotique en utilisant l'ensemble de classe robot VEX GO et les laboratoires et activités STEM du programme VEX GO. Après les six semaines de cours, les étudiants ont reçu les mêmes questions post-enquête pour évaluer si leurs attitudes avaient changé. Les résultats montrent une amélioration significative des attitudes des étudiants dans toutes les matières STEM, ainsi que des améliorations perçues en termes de créativité, d'engagement, de travail d'équipe et de persévérance.
Introduction
La robotique est devenue de plus en plus intégrée dans les écoles primaires et secondaires des États-Unis ces dernières années, sous l’impulsion des rapports et politiques nationaux. En 2015, la National Science Foundation a déclaré que l'acquisition de connaissances et de compétences en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques (STEM) est de plus en plus vitale pour que les Américains puissent s'engager pleinement dans une économie mondiale à forte intensité technologique, et qu'il est essentiel que chacun avoir accès à une éducation de haute qualité sur les sujets STEM. La robotique éducative n'est pas simplement une tendance populaire dans la technologie éducative, mais des recherches ont démontré qu'elle est efficace pour améliorer la perception des élèves à l'égard des matières STEM ainsi que les résultats d'apprentissage. Une méta-analyse (Beniti, 2012) a révélé qu'en général, la robotique éducative augmentait l'apprentissage de concepts STEM spécifiques. Des recherches portant sur différents groupes d'âge ont révélé que la robotique augmente l'intérêt des élèves et les perceptions positives des matières STEM (Nugent et al., 2010 ; Robinson, 2005 ; Rogers & Portsmore, 2004), et d'autres recherches ont montré que cela augmente à son tour la réussite scolaire et fait progresser la science. l’obtention d’un diplôme (Renninger & Hidi, 2011 ; Wigfield & Cambria, 2010 ; Tai et al., 2006). Pour les élèves du secondaire, la robotique a été utilisée pour soutenir la préparation à l’université et les compétences professionnelles techniques (Boakes, 2019 ; Ziaeefard et al., 2017 ; Vela et al., 2020).
Le Comité sur l'enseignement STEM du Conseil national des sciences et technologies a publié un rapport en 2018 pour décrire une stratégie fédérale pour l'enseignement STEM interdisciplinaire : « Le caractère même de l'enseignement STEM a évolué d'un ensemble de disciplines qui se chevauchent vers une approche plus intégrée et interdisciplinaire de l'enseignement STEM. l’apprentissage et le développement des compétences. Cette nouvelle approche comprend l’enseignement de concepts académiques par le biais d’applications concrètes et combine l’apprentissage formel et informel dans les écoles, la communauté et le lieu de travail. La robotique éducative ne doit pas être enseignée comme un sujet autonome, mais plutôt tirer pleinement parti d'une approche curriculaire interdisciplinaire. Les chercheurs ont découvert tout un éventail d’avantages à intégrer la robotique dans les programmes scolaires existants, depuis le développement et l’application des connaissances STEM jusqu’aux compétences en matière de réflexion informatique et de résolution de problèmes, en passant par les compétences sociales et de travail d’équipe (Altin & Pedaste, 2013 ; Bers et al., 2014 ; Kandlhofer & Steinbauer, 2015 ; Taylor, 2016). Benitti (2012) a constaté que la plupart des programmes de robotique étaient enseignés comme une matière à part entière, ce qui rendait plus difficile pour les enseignants de l'intégrer dans leur classe. L'un des objectifs de cette étude de recherche est d'évaluer les attitudes des étudiants à l'égard des sujets STEM à l'aide d'un programme de robotique qui combine la construction et la programmation robotiques avec un contenu en mathématiques, sciences et ingénierie aligné sur les normes.
L’introduction de la robotique éducative a été particulièrement utile aux jeunes élèves, qui peuvent commencer à développer des attitudes négatives à l’égard des matières STEM dès la 4e année (Unfried et al., 2014). Les jeunes étudiants bénéficient d’un contexte d’apprentissage intégré et développent des attitudes plus positives envers les matières STEM avec des expériences précoces de réussite (McClure et al., 2017). Cherniak et coll. (2019) ont constaté que l’introduction de la robotique aux élèves du primaire contribue à développer des compétences d’investigation et de résolution de problèmes. Dans une étude de Ching et al. (2019), des élèves du primaire ont été initiés à un programme intégré de robotique STEM dans le cadre d'un programme parascolaire. À l'aide d'un instrument d'enquête (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), les attitudes des étudiants à l'égard des mathématiques, des sciences et de l'ingénierie ont été mesurées avant et après le programme. Les résultats ont montré que seul le concept mathématique avait augmenté de manière significative. Ching et coll. ont identifié que ces résultats étaient cohérents avec d’autres recherches menées dans des contextes d’apprentissage informel et des programmes pilotes de courte durée (une semaine) (Conrad et al., 2018 ; Leonard et al., 2016). Ching et coll. a également noté d'autres difficultés qui ont pu avoir un impact sur les résultats nuls dans d'autres matières : les étudiants ont eu du mal à construire les robots, prenant jusqu'à quatre séances de 90 minutes pour les terminer. La difficulté à comprendre les instructions de construction et à construire des robots a également été un défi signalé pour les élèves du deuxième cycle du primaire dans d'autres études (Kopcha et al., 2017), et les chercheurs ont noté qu'une solide compréhension des divers composants robotiques est nécessaire pour la construction robotique (Slangen et al., 2011). Ching et coll. (2019) déclarent : « À l’avenir, lorsqu’un objectif d’apprentissage implique la construction d’un robot original et fonctionnel, il est fortement recommandé aux étudiants de développer une compréhension approfondie des différents composants des robots avant de s’embarquer » p. 598. Ces informations montrent clairement qu'il est particulièrement important que les jeunes enfants aient des expériences précoces de réussite dans l'apprentissage des STEM, et que l'utilisation d'un kit robotique facile à apprendre et à construire est un élément précieux de la mise en œuvre d'un programme de robotique afin que tous les élèves réussissent. .
Dans cette étude, nous étudions l’impact d’un programme interdisciplinaire de robotique, dispensé dans le cadre de la journée scolaire, sur les attitudes des élèves à l’égard des matières STEM. Les questions de recherche sont :
- Comment un programme interdisciplinaire de robotique de six semaines a-t-il eu un impact sur les attitudes des étudiants à l’égard des matières STEM ?
- Quels types d’avantages ou d’apprentissages perçus sont observés lorsque les élèves suivent le programme de robotique ?
La recherche continue sur la manière dont la robotique peut bénéficier aux élèves du primaire est de plus en plus importante pour améliorer la perception des élèves à l'égard des STEM et, espérons-le, pour améliorer l'engagement et les résultats. Dans cette étude, nous visons à contribuer à la recherche en étudiant :
- élèves de la troisième à la cinquième année
- un programme de robotique intégré à la journée scolaire et dispensé sur six semaines
- des cours de robotique interdisciplinaires conformes aux normes STEM
- un kit de robotique conçu pour les élèves du primaire
Méthodes
Cette étude a été réalisée dans un district scolaire public de l'ouest de la Pennsylvanie avec 104 élèves au total répartis sur trois niveaux. L'enseignant qui a développé et dispensé le programme de robotique sert d'intégrateur technologique élémentaire pour le district et voit les élèves selon un horaire rotatif. Cette étude comprend à la fois des données quantitatives et qualitatives. Les étudiants ont répondu aux questions de l'enquête pour évaluer empiriquement leurs attitudes à l'égard des sujets STEM avant et après un programme de robotique. De plus, l’enseignante a tenu un journal dans lequel elle a enregistré des notes et des réflexions sur le comportement et l’apprentissage des élèves au cours des laboratoires et activités STEM qu’ils ont réalisés.
Pré-enquête. Pour évaluer les perceptions des étudiants sur les sujets STEM, les étudiants ont répondu à l'enquête sur les attitudes des étudiants à l'égard des STEM - Élèves du secondaire supérieur (Friday Institute for Educational Innovation, 2012). Pour faciliter le processus pour les élèves, l'enseignante a recréé les éléments du sondage sous forme de tableau et a supprimé l'option neutre qui, selon elle, sèmerait la confusion chez les élèves lorsqu'ils répondraient.
Des lettres décrivant le projet de recherche et des formulaires de consentement ont été envoyés à la maison aux élèves pour examen par les parents. Afin de participer à cette étude de recherche, les étudiants devaient retourner un formulaire de consentement signé. L'instrument d'enquête a été imprimé et distribué aux étudiants lors d'un cours en personne. Les étudiants qui ont retourné le formulaire de consentement ont répondu au sondage, tandis que les étudiants qui ne l'ont pas retourné se sont vu proposer une autre activité pendant cette période. Les instructions ont été lues à haute voix aux étudiants et certains termes ont été définis sur demande. Les enquêtes ont été réalisées par des élèves de troisième, quatrième et cinquième années du lundi au mercredi de la même semaine.
Au moment où la première enquête a été réalisée, les étudiants avaient découvert le kit robotique à l'aide du laboratoire d'introduction à la construction et de la leçon permettant de créer le personnage d'astronaute. Aucun autre laboratoire STEM n’avait été réalisé et, en raison de la pandémie de COVID-19, les étudiants n’avaient pas suivi de programme de robotique au cours de l’année et demie précédente. Cela a fourni l'occasion d'évaluer ce que les étudiants pensaient des sujets STEM sans qu'une expérience récente du programme STEM ait influencé leurs réponses.
L’enseignant a noté que les élèves de différentes classes répondaient différemment aux sondages. Les élèves de cinquième année ont répondu au sondage rapidement et avec peu de questions. Les élèves de quatrième année ont demandé de nombreuses définitions de termes. Les élèves de troisième année ont eu le plus de difficultés avec la terminologie et ont mis le plus de temps à répondre au sondage.
Programme d'apprentissage STEM et robot. L'enseignant intégrateur de technologie élémentaire disposait de nombreux outils de robotique et de programmation destinés à être utilisés dans le district, mais a choisi de mettre en œuvre un programme de six semaines avec le robot VEX GO pour les cours de pensée informatique et d'informatique qu'ils ont pu suivre à la fin du cours. Année scolaire 2021. Le robot VEX GO est un kit de pièces en plastique qui peuvent être manipulées par les élèves du primaire, qui ont des exigences en matière de motricité fine différentes de celles des élèves plus âgés. Le kit est codé par couleur pour aider les étudiants à comprendre la taille des pièces et organisé par type : poutres, poutres d'angle, plaques, engrenages, poulies, connecteurs, entretoises et broches. L’enseignante a utilisé un seul ensemble de classe (dix kits) pour desservir toutes les sections des troisième, quatrième et cinquième années auxquelles elle enseignait. Le partage des kits robotiques dans une perspective de mise en œuvre en classe signifiait que les élèves devaient être capables de terminer la leçon et de ranger leur robot en un seul cours, afin qu'une autre classe puisse les utiliser plus tard. L'enseignant devait également pouvoir se déplacer dans différentes salles de classe pour différents niveaux tout au long de la journée.
Chaque niveau scolaire a suivi six semaines de laboratoires de robotique STEM. En raison de la situation d’apprentissage atypique provoquée par la COVID-19, les étudiants ont suivi trois fois un programme de cours en personne au cours d’une rotation de dix jours. Tous les étudiants n’ont pas été vus exactement le même nombre de fois, en fonction de leur emploi du temps et de facteurs externes. L’enseignant a abordé ce problème par la différenciation : « Dans cette optique, j’ai essayé de vraiment chercher à différencier chaque classe. Je ne voulais pas élaborer autant de leçons dans chaque niveau scolaire, mais plutôt approfondir les leçons pour mieux comprendre. Les élèves de cinquième année ont été les moins vus. L'enseignant a souligné qu'il était difficile d'enseigner aux élèves de cinquième année à la toute fin de leur parcours élémentaire, car ils avaient tellement d'événements programmés dans les semaines précédant l'obtention de leur diplôme.
Alors que tous les étudiants ont suivi un ensemble de laboratoires et d'activités de robotique STEM VEX GO au cours de ces six semaines, le programme a été différencié à la discrétion de l'enseignant, pour s'adapter aux capacités des étudiants de différents âges. Par exemple, tous les étudiants ont commencé leur programme de robotique avec le laboratoire d'introduction au bâtiment STEM, car ce laboratoire présente le kit de robotique. Tous les étudiants ont également suivi le laboratoire Look Alike STEM, qui enseigne comment les traits sont transmis génétiquement des lapins parents aux bébés lapins. Chaque année a ensuite réalisé un ensemble différent de laboratoires et d'activités :
- Troisième année : Introduction à la construction, Look Alike, Fun Frogs (2 leçons), Adaptation Claw, VEX GO Activités : Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Création de créatures et temps de construction gratuit
- Quatrième année : introduction à la construction, unité de machines simples (4 leçons), sosie, griffe d'adaptation, activités VEX GO : Rover lunaire, jeu d'épingles et temps de construction gratuit
- Cinquième année : Introduction à la construction, Look Alike, Fun Frogs (2 leçons), Adaptation Claw, VEX GO Activités : Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Création de créatures et temps de construction gratuit
Les laboratoires STEM sont des activités structurées qui guident les étudiants à travers une leçon interdisciplinaire alignée sur les normes qui fournit le contexte d'une construction robotique, de discussions en classe, d'expérimentation et d'amélioration itérative. Les laboratoires sont organisés comme avec les sections Engager, Jouer et Partager qui guident les étudiants tout au long de la leçon. Les activités sont plus courtes qu'un laboratoire STEM et varient en termes de sujets et de structures, offrant souvent des défis ouverts avec moins d'instructions.
Post-enquête. Une fois le programme terminé, qui coïncidait avec la fin de l'année scolaire, les étudiants ont reçu une post-enquête de la même manière que la pré-enquête. Une fois les post-enquêtes collectées, l’enseignant a anonymisé et enregistré les données en vue de l’analyse.
Analyse des données. Les éléments de l'enquête seraient évalués à l'aide de méthodes quantitatives prescrites. Les choix de réponses ont été notés (1 = fortement en désaccord, 2 = en désaccord, 3 = d'accord, 4 = tout à fait d'accord) et des éléments spécifiques ont été codés inversement si nécessaire. Des tests t appariés ont été exécutés sur les moyennes pré- et post-enquête pour chaque concept, pour chaque niveau. Le journal de l'enseignant a été évalué à l'aide d'une analyse thématique, qui a révélé des informations sur l'apprentissage perçu des élèves ainsi que sur la conception et les besoins du programme.
Résultats
Troisième année. Les résultats de l'enquête préalable et post-enquête de troisième année (tableau 1) montrent une augmentation des scores moyens pour chacune des zones d'enquête. Chaque construction pré- et post-moyenne a été comparée à l'aide d'un test t bilatéral, et tous les résultats étaient significatifs (p <). L'augmentation moyenne la plus faible concerne le concept d'attitude en matière de compétences du 21e siècle, ce qui indique que les étudiants ne s'écartent que légèrement de leur accord initial sur ces éléments. Les élèves avaient le score moyen le plus bas pour le concept d'attitude mathématique avant l'enquête, avec un score moyen de 2,27, mais augmenteraient ce score moyen de 0,25 après l'enquête. Les concepts de sciences et d'ingénierie présentaient des augmentations moyennes de plus de 0,6, ce qui indique que les étudiants se sentaient beaucoup plus en confiance après le programme pour élargir leur choix. La moyenne du construit scientifique avant l'enquête, de 2,8 à 3,44, montre que les élèves étaient à l'origine un mélange de désaccord et d'accord (2 et 3), mais ont changé pour un mélange d'accord à tout à fait d'accord (3 et 4).
Tableau 1. Résultats du test t apparié avant et après l'enquête de troisième année (n = 39).
| Paire | Variable | Signifier | t | Sig (2 queues) |
| Paire 1 | Pré-mathématiques | 2.2664 | -8.775 | 0.000 |
| Post-mathématiques | 2.5197 | |||
| Paire 2 | Pré-science | 2.7982 | -21.255 | 0.000 |
| Post-science | 3.4415 | |||
| Paire 3 | Pré-ingénierie | 3.1228 | -26.504 | 0.000 |
| Post-ingénierie | 3.7281 | |||
| Paire 4 | Compétences d’avant le 21e siècle | 3.0000 | -3.894 | 0.000 |
| Compétences post-21e siècle | 3.0906 |
Quatrième année. Le tableau 2 montre que les élèves de quatrième année ont également enregistré des augmentations des scores moyens pour tous les concepts, et toutes étaient significatives (p <). Cependant, les augmentations ont été inférieures à celles observées chez les élèves de troisième année (changements moyens généralement inférieurs à 0,3), ce qui indique que moins d'élèves ont modifié leurs réponses que leurs homologues plus jeunes. Comme pour les élèves de troisième année, le construit mathématique présentait la moyenne la plus basse avant et après l'enquête, et les compétences du 21e siècle présentaient la plus faible augmentation des scores moyens. Notamment, c’est le domaine de l’ingénierie qui a connu la plus forte augmentation pour ces étudiants.
Tableau 2. Résultats du test t apparié avant et après l'enquête de quatrième année (n = 34).
| Paire | Variable | Signifier | t | Sig (2 queues) |
| Paire 1 | Pré-mathématiques | 2.0871 | -7.136 | 0.000 |
| Post-mathématiques | 2.2652 | |||
| Paire 2 | Pré-science | 2.9125 | -7.124 | 0.000 |
| Post-science | 3.1987 | |||
| Paire 3 | Pré-ingénierie | 3.0673 | -8.151 | 0.000 |
| Post-ingénierie | 3.3030 | |||
| Paire 4 | Compétences d’avant le 21e siècle | 3.6498 | -4.629 | 0.000 |
| Compétences post-21e siècle | 3.7003 |
Cinquième année. Les scores de construction des élèves de cinquième année montrent des tendances différentes de celles des élèves de troisième et quatrième années (tableau 3). Ce groupe a connu la seule diminution du score moyen pour le concept d'ingénierie, même si elle n'était pas statistiquement significative et, en raison des scores moyens plus élevés eux-mêmes, ne présentait aucune préoccupation. Les scores moyens du construit pour les mathématiques, les sciences et les compétences du 21e siècle ont tous augmenté dans une moindre mesure entre la pré-enquête et la post-enquête, et étaient significatifs dans une moindre mesure (p < pour les mathématiques et les sciences et p < pour le 21e siècle). compétences du siècle).
Tableau 3. Résultats du test t apparié avant et après l'enquête de cinquième année (n = 31).
| Paire | Variable | Signifier | t | Sig (2 queues) |
| Paire 1 | Pré-mathématiques | 2.8167 | -3.427 | 0.002 |
| Post-mathématiques | 2.9042 | |||
| Paire 2 | Pré-science | 3.2333 | -3.751 | 0.001 |
| Post-science | 3.3111 | |||
| Paire 3 | Pré-ingénierie | 3.4259 | 0.810 | 0.425 |
| Post-ingénierie | 3.3370 | |||
| Paire 4 | Compétences d’avant le 21e siècle | 3.8296 | -2.350 | 0.026 |
| Compétences post-21e siècle | 3.8741 |
Discussion
Attitudes des étudiants. Les résultats de ces quatre constructions ont montré des résultats surprenants. Les scores moyens de l'enquête préalable étaient plus élevés pour les élèves de cinquième année pour tous les concepts que pour les élèves de troisième année. Les résultats de la littérature indiquent que les attitudes STEM diminuent avec le temps. Ces résultats annulent-ils cela ? Pas nécessairement. La nature de la fin de l'année scolaire signifiait que les élèves de cinquième année étaient vus moins souvent alors qu'ils assistaient à divers événements menant à l'obtention de leur diplôme, et moins de cours auraient pu réduire l'impact sur leurs attitudes à ce stade de l'année. L’enseignant a également noté que chaque groupe d’âge répondait différemment aux éléments du sondage. Les élèves de troisième année ont posé beaucoup de questions et ont répondu avec un enthousiasme général, tandis que les élèves de cinquième année ont répondu rapidement et avec peu de questions. L’âge des enfants peut influencer le degré de nuance dont ils disposent lorsqu’ils interprètent les questions et fournissent leurs réponses. Les élèves plus jeunes peuvent évaluer « d’accord » et « tout à fait d’accord » différemment des élèves plus âgés, par exemple. L'enseignante a ajouté un commentaire dans ses notes spécifiquement sur les élèves de cinquième année et s'est demandé si ceux-ci répondaient aux questions de l'enquête avec un sentiment d'attente ou dans le but de lui plaire. À mesure que les élèves plus âgés du primaire deviennent plus sensibles aux attentes, leurs réponses naturelles pourraient en être influencées.
Ce qui ressort clairement des résultats, c'est la différence que le programme de robotique VEX GO présentait pour chaque groupe d'âge. Les élèves de troisième année ont vu leurs scores moyens augmenter considérablement dans tous les domaines (mathématiques, sciences, ingénierie). Même si les élèves de quatrième année n’ont pas connu une augmentation aussi importante de leurs scores moyens que les élèves de troisième année, ils ont quand même systématiquement augmenté leurs scores moyens de plusieurs dixièmes sur les concepts du domaine. Cependant, les élèves de cinquième année étaient les seuls à présenter des changements non significatifs dans tous les concepts et des valeurs de signification inférieures à p <. Ces différences générales entre les élèves des différentes classes indiquent que le programme de robotique a eu un effet plus impactant sur les attitudes des élèves plus jeunes que sur les élèves plus âgés, soulignant l'importance de commencer tôt le programme de robotique.
Apprentissage perçu. Le journal de l'enseignant enregistrait les travaux pratiques et les activités réalisés par chaque groupe d'élèves, ainsi que de nombreuses observations des élèves tout au long des leçons. Bien que l'instrument d'enquête ait permis d'identifier les attitudes des étudiants, l'analyse thématique des entrées de journal a identifié plusieurs sujets d'apprentissage perçu cohérents avec la littérature de recherche.
Créativité. Un thème majeur de la revue était la créativité des étudiants. Abondamment mentionnée pour les élèves de troisième année, mais dans les trois années, la créativité a été explicitement mise en avant pour la manière dont les élèves se sont engagés dans les machines simples, les ressemblances, la création de créatures et le cycle de vie des grenouilles. L’enseignant a noté : « La 3e année était tellement excitée à l’idée de construire une grenouille. Ce niveau scolaire veut être aussi créatif que possible et construire un habitat permet vraiment aux enfants de réouvrir ces compétences. Bien que les matériels d’apprentissage aient de nombreux objectifs, stimuler la créativité chez les élèves est un résultat précieux qui apporte de nombreux autres avantages.
Fiançailles. Proposer des laboratoires structurés avec des thèmes amusants et authentiques a stimulé la créativité des étudiants, ce qui a contribué à accroître leur engagement. Dès le laboratoire d’introduction au bâtiment, l’enseignant a noté que les élèves ne voulaient pas arrêter de travailler. De la même manière, avec le laboratoire Look Alike, elle a découvert que « le cours était vraiment difficile à terminer. J'ai découvert que les élèves voulaient continuer encore et encore en ajoutant plus d'itérations à leurs animaux…J'ai découvert que les enfants ne voulaient pas nettoyer mais continuer à ajouter à leur création. Bien que les élèves de troisième année aient été considérés comme les plus enthousiastes, elle a décrit à quel point même les élèves de cinquième année étaient très engagés dans leur laboratoire de machines simples : « J'ai découvert que tous les élèves avaient du mal à vouloir ranger les pièces. Nous nous amusions tout simplement trop ! »
Travail d'équipe. Les laboratoires VEX GO STEM sont conçus pour être réalisés en équipes, les étudiants se voyant attribuer des rôles et des tâches spécifiques. Les élèves de troisième année ont commencé avec Adaption Claw et l'enseignant a observé : « Les élèves étaient également ravis de se diviser en groupes afin de pouvoir travailler ensemble, chacun ayant son propre travail. » Pour les élèves de quatrième année, elle a également noté comment le fait d'avoir des rôles aidait les élèves à intégrer leur groupe et à démarrer rapidement. Elle a également noté que les étudiants ont commencé à choisir de travailler ensemble sur des activités ouvertes, telles que la construction d'habitats ou la construction du Lunar Rover.
L'enseignant a également noté plusieurs cas où les élèves travaillaient spontanément ensemble en classe. Certains élèves exploraient de nouvelles choses avec leur robot, et lorsqu’ils « découvraient » quelque chose de nouveau, d’autres élèves couraient pour voir et essayaient ensuite eux-mêmes. Les élèves qui choisissaient une activité amusante dans le « tableau de choix » la partageaient souvent avec d'autres élèves, qui se tournaient vers cette activité. Qu'ils travaillent en groupe ou seuls, les étudiants étaient désireux de partager et de s'entraider.
Persistance. Toutes les activités n’étaient pas faciles pour les étudiants. Les élèves de troisième année ont suivi le laboratoire Adaption Claw en premier après le laboratoire d'introduction au bâtiment. L’enseignant a identifié que le laboratoire était un peu avancé au début et qu’il le déplacerait plus tard dans l’ordre du programme. Qu'ils aient ou non terminé l'activité, les groupes ont persisté jusqu'à la fin.
J'ai trouvé que c'était une GRANDE leçon de frustration et de compréhension que l'échec n'est qu'une partie de l'apprentissage. J'ai demandé à chaque groupe de décrire ce qui a fonctionné et ce qui n'a pas fonctionné. J'ai découvert que de nombreux groupes se comprenaient réellement une fois entendus certains des mêmes problèmes.
Certaines activités utilisées étaient également conçues pour être ouvertes et donner aux élèves un défi à relever. Les étudiants ont été chargés de créer des maisons capables de résister à un tremblement de terre, mais n'ont pas reçu d'instructions de construction. Même s’il y avait un élément de frustration, les étudiants l’ont utilisé et ont persisté dans des cycles d’amélioration itératifs :
Les étudiants ont vraiment adoré le défi ! J'ai découvert que des groupes d'étudiants se rendaient compte de leurs erreurs après avoir expérimenté un « tremblement de terre » et étaient capables de refaire leur maison en fonction de ce qui fonctionnait et de ce qui ne fonctionnait pas. J'ai été tellement surpris de voir à quel point les groupes étaient heureux et excités de relever un défi frustrant et si enrichissant une fois que les groupes l'avaient résolu.
Programme d'études. Le journal de l'enseignant a également révélé de nombreuses informations sur l'importance de la différenciation dans le programme d'études en robotique. Chaque groupe d'étudiants a suivi le laboratoire d'introduction à la construction STEM, qui a présenté le kit VEX GO et toutes les pièces qu'il contient. Tous les étudiants ont également suivi le laboratoire Look Alike STEM, qui enseigne aux étudiants les traits de caractère en leur demandant de construire des parents et des bébés lapins présentant des traits différents. Bien que certains travaux pratiques aient été réalisés pour chaque niveau, il y avait une différenciation selon le groupe d'âge. Les élèves plus âgés de quatrième et cinquième années ont complété l'unité de laboratoire Simple Machines, tandis que les élèves de troisième année ont complété le laboratoire Fun Frogs. Les élèves de troisième année ont également réalisé davantage d'activités autonomes que les années plus âgées, car l'enseignant a noté que celles-ci étaient bénéfiques pour les compétences des élèves plus jeunes. L’enseignant a également utilisé les activités pour les élèves plus âgés lorsque les groupes terminaient les travaux pratiques plus tôt – une nécessité en classe pour occuper les élèves lorsque les groupes travaillent à des rythmes différents. Disposer de nombreuses options de différenciation en laboratoire et en activités constituait un atout précieux pour la mise en œuvre réussie d'un programme de robotique en classe.
Les laboratoires interdisciplinaires ont également été un avantage, selon le journal de l'enseignant. Les élèves de troisième année étaient enthousiasmés par les laboratoires à thème scientifique où ils pouvaient construire et faire évoluer des animaux et leurs habitats. Le premier laboratoire animalier réalisé par des élèves de troisième année était le laboratoire Look Alike, où ils ont pu créer des lapins et transmettre des traits. L’enseignant a noté à quel point les élèves aimaient créer des animaux et souhaitaient explorer différentes variantes. Cela a amené l'enseignant à choisir une activité appelée Création de créatures pour sa prochaine leçon afin de développer la créativité des élèves. Lorsque les étudiants travaillaient sur le laboratoire Fun Frogs, elle a remarqué à quel point ils étaient enthousiastes et créatifs, avec l'avantage supplémentaire d'une faible barrière à l'entrée pour acquérir des compétences.
Les enfants ont adoré créer et découvrir le cycle de la grenouille. J'ai vu des enfants acquérir une expérience pratique des sujets scientifiques qu'ils avaient appris dans un manuel. J'ai demandé à l'enseignante de 3e année de collaborer davantage l'année prochaine pour essayer d'enseigner cela lorsqu'elle enseigne sur les habitats.
Les élèves de quatrième année ont complété l’unité de laboratoire Simple Machines. L'enseignant a noté à quel point les élèves étaient enthousiastes parce qu'ils connaissaient des machines simples de leur autre classe. Ils ont demandé comment les ingénieurs utilisaient des machines simples et avaient le temps de faire des recherches. L'enseignant a noté :
La 4e année est centrée sur des machines simples en sciences, donc ce laboratoire STEM était tout à fait adapté à ce niveau scolaire. J'ai trouvé les visages de ces enfants illuminés lorsque j'ai dit que nous allions fabriquer des leviers. La plupart de ces étudiants avaient réalisé une feuille de travail mais pas une enquête pratique. J'ai dit au professeur de sciences que nous collaborerions davantage l'année prochaine, c'est pourquoi j'enseigne ce laboratoire STEM alors qu'elle enseigne des machines simples.
Les élèves de cinquième année ont également suivi l'unité de laboratoire Simple Machines, mais leur âge et leur expérience ont montré à quel point ils s'y engageaient différemment des élèves de quatrième année. L’enseignant a noté que ce groupe d’élèves terminait plus tôt et utilisait les activités du « tableau de sélection » pour explorer par eux-mêmes.
La 5e année a besoin d'activités passionnantes et engageantes - et ce laboratoire STEM fait l'affaire. J'ai découvert que les élèves voulaient se mettre par terre et expérimenter comment soulever différents poids à l'aide du levier. J'ai également découvert que contrairement à la 4e année, ces élèves avaient des connaissances de base et ont fait passer le STEM Lab au niveau supérieur en ajoutant des poids et en offrant au STEM Lab une expérience d'apprentissage authentique de groupe en groupe.
Les élèves de chaque année ont bénéficié d'une approche interdisciplinaire dans le programme de robotique. Être capable de connecter la robotique aux sciences, aux mathématiques ou à l'ingénierie a non seulement contribué à impliquer les étudiants, mais leur a également fourni une base leur permettant d'explorer les concepts avec une compréhension plus approfondie. Les notes de l'enseignant indiquent plusieurs domaines dans lesquels le programme de robotique peut être intégré ou synchronisé avec des leçons enseignées dans d'autres matières, ce qui pourrait constituer une prochaine étape précieuse dans l'intégration authentique de la robotique entre les disciplines.
Conclusion
Alors que l’utilisation de la robotique éducative augmente dans les salles de classe à travers le pays, il est essentiel de rechercher comment la robotique profite aux étudiants, ainsi que les leçons tirées de la pratique de l’enseignement d’un programme de robotique. Cette étude a révélé qu'un programme de robotique améliorait les attitudes des élèves dans presque toutes les matières STEM, pour tous les niveaux. De plus, l’enseignant a perçu des catégories d’apprentissage supplémentaires pour les élèves dans des domaines tels que la créativité, l’engagement, le travail d’équipe et la persévérance.
Afin de continuer à explorer comment la robotique éducative peut être la plus bénéfique pour les élèves dans de vraies salles de classe, nous devons continuer à apprendre directement des enseignants qui mettent en œuvre le programme. En réfléchissant à l’ensemble de l’expérience, l’enseignante a formulé ses conclusions générales :
J’ai découvert que si les enfants voulaient en savoir plus, nous en apprenions davantage. Je voulais que ce soit agréable et que chaque classe soit honnêtement complètement différente (ce qui est tout à fait normal). Certains étudiants voulaient en savoir plus sur la construction là où d'autres voulaient s'éloigner et créer leur propre monstre ou créature. J'ai trouvé que la 3e année était tellement engagée qu'il était difficile de terminer les cours. Les élèves de 4e année étaient très enthousiastes à l'idée d'apprendre les leçons STEM, comme de simples machines connectées à leur propre programme scientifique. Les élèves de 5e année ont adoré le défi du codage, de la construction et de l'apprentissage de Mars. Je pense que le plus important était que chaque classe avait parfois besoin de plus de temps avec un laboratoire STEM ou de plus de temps pour explorer et je leur ai donné cela. J'ai découvert que lorsque les enfants sont excités, il est préférable de courir avec cette excitation et de creuser plus profondément au lieu de passer à autre chose.
Cette étude a également fourni des informations significatives sur la mise en œuvre d’un programme interdisciplinaire de robotique. Dans le cadre d'un programme de six semaines, les étudiants ont pu réaliser de nombreux laboratoires et activités différents. Cela indique que la durée du programme pourrait raisonnablement avoir un impact sur sa capacité à changer les attitudes des élèves en matière de STEM. L’élaboration et la différenciation des leçons ont également été essentielles au succès du programme. L’enseignante a constaté que les élèves d’âges différents avaient des compétences et des besoins différents et qu’elle pouvait facilement ajuster les plans de programme pour chaque niveau. Le kit robot VEX GO lui-même était également bien adapté aux besoins des étudiants. Les étudiants ont pu facilement suivre les instructions, construire les pièces et apprendre comment les pièces fonctionnaient et se connectaient. Les étudiants pourraient réaliser des constructions et des laboratoires en une seule période de cours avec du temps pour nettoyer, ce qui est une nécessité pour qu'un programme de robotique fonctionne dans les contraintes d'une journée scolaire ordinaire. Un kit robotique conçu pour un groupe d'âge élémentaire et un programme interdisciplinaire complet sont tous deux essentiels à l'enseignement et à l'apprentissage de la robotique dans une vraie salle de classe.