Conception et expérimentation d’un robot éducatif pour l’enseignement et l’apprentissage des sciences physiques : application à quelques concepts de la thermodynamique

Abstract

Les recherches en didactique de la physique mettent en évidence une diminution inquiétante de la motivation et de l'apprentissage des sciences physiques chez les élèves du collège, entraînant des répercussions négatives sur leurs résultats scolaires. L'objectif de notre travail est d'évaluer l'impact de l'utilisation de la robotique éducative (RE) sur la motivation et l'apprentissage des notions de la température et des changements d’états de l’eau. Tout d’abord, nous avons mené une enquête auprès de 56 enseignants de technologie, qui a révélé que la majorité d’entre eux préfère la méthode d'investigation utilisant la RE pour aider les élèves à appliquer leurs connaissances en STIM (Science, Technologie, Ingénierie, Mathématique) et stimuler leur créativité. Cependant, des obstacles tels que le manque d'outils, de formation continue des enseignants, et le surpeuplement des classes entravent cette utilisation. Ensuite, nous avons effectué une étude exploratoire auprès de 90 élèves volontaires de première année du collège, dont 44 élèves constituant le groupe témoin, ont suivi un enseignement conventionnel, et les 46 autres élèves restant constituent le groupe expérimental. Ces derniers ont conçu et programmé un robot éducatif (EducThermoBot ), qu’ils ont guidé dans un environnement éducatif en utilisant leur smartphone par le moyen d’une application Android, leur permettant ainsi de visualiser la variation de la température en temps réel. La méthodologie de cette recherche comprend des pré-tests, des post-tests et un questionnaire Likert mesurant la motivation des élèves. Les résultats de cette étude démontrent que l'intégration de la RE dans l'enseignement des sciences physiques est plus efficace pour stimuler la motivation et l'apprentissage des élèves par rapport aux approches conventionnelles. Enfin, nous avons répartis 120 élèves en deux groupes. Un groupe témoin suivant un enseignement avec l’EXAO (Expériences Assistées par Ordinateur) et un groupe expérimental suivant un enseignement avec la RE. Les résultats de cette dernière étude indiquent une augmentation significative de la motivation auprès du groupe utilisant la RE par rapport à celui utilisant l’EXAO. Néanmoins, aucune différence significative n'a été observée en termes d'apprentissage des élèves entre ces deux groupes. En conclusion, nos recherches préconisent vivement l'intégration de la robotique éducative dans l'enseignement des sciences physiques pour améliorer globalement la motivation et l’apprentissage des élèves. En outre, le faible coût du robot éducatif EducThermoBot, représente un atout supplémentaire pour son utilisation dans de tels enseignements. Cette approche novatrice offre une solution accessible pour renforcer l'enseignement des sciences physiques et susciter l'enthousiasme des élèves pour l'apprentissage de cette matière.