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La robotique, une lubie de technophile?

En éducation, plusieurs personnes croient que la robotique est une lubie de quelques fantaisistes pas trop matures et déconnectés de la réalité de la classe. En fait, c’est vrai qu’organiser des activités de robotique en classe, surtout dans des centres où les élèves travaillent individuellement et en silence, bouscule un peu l’ordre et les habitudes. De plus, si le but de l’enseignement et de préparer les élèves aux examens, la robotique n’a pas vraiment de place, car, actuellement, on évalue les élèves à résoudre des problèmes écrits et qu’avec du papier et un crayon.
Or, la robotique a sa place dans le parcours d’apprentissage en mathématique pour au moins deux raisons.

  • D’abord, la robotique est un secteur d’avenir. Cette technologie prend de plus en plus de place en industrie, mais également dans les maisons et pour les loisirs. En connaitre les bases sera, pour les citoyens de demain, une compétence essentielle. Découvrir ce secteur d’activité permet également d’ouvrir une porte vers un choix de carrière.
  • Ensuite, la robotique permet de donner des ancrages à des apprentissages théoriques. Par exemple, étudier les notions de fonction affine (la droite) ou autres fonctions, uniquement en lisant dans un livre et en construisant des graphiques parait très abstrait pour plusieurs élèves. Par contre, lorsque ceux-ci programment un robot et construisent un graphique à partir des données récoltées par le robot, les notions de fonctions, de relation entre quantités et du rôle des paramètres prennent tout leur sens.

Lorsqu’on propose des activités de robotique, on fait toujours travailler les élèves en équipe de deux ou trois. Ils doivent alors collaborer et travailler ensemble. On remarque que lorsque les élèves travaillent en équipe, ils sont non seulement plus motivés, mais ils sont également prêts à relever des défis beaucoup plus élevés. Le travail d’équipe leur donne des occasions de s’aider entre eux.

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Élèves de St-Jérôme en plein travail de programmation

Les documents produits lors de l’activité de robotique sont ensuite réinvestis en classe et c’est beaucoup plus motivant pour les élèves de travailler avec leurs propres données. Cela donne du sens à ce qu’ils font. Tous les graphiques produits lors de l’activité sont imprimés et remis aux élèves afin qu’ils puissent les utiliser en classe.

Graphique créé lors d'une activité de robotique

Graphique créé lors d’une activité de robotique

En général, les élèves adultes qui participent à ces activités n’y voient que du positif, ils font des liens et s’impliquent  dans les tâches demandées avec beaucoup d’enthousiasme. Ceux qui critiquent la robotique comme outil d’apprentissage n’ont probablement jamais accompagné des élèves dans ce genre d’activités ou alors l’activité n’était pas bien structurée. Entendre les témoignages, voir l’investissement et la motivation chez les élèves, cela suffit à convaincre de la pertinence de la robotique.

En mathématique, plusieurs notions peuvent être abordées par une activité de robotique telles les relations entre quantités et les représentations physiques. En science-techno ainsi qu’en physique, la robotique devient incontournable. Bref, cette technologie est appelée à faire partie intégrante des outils de base pour l’appropriation des connaissances et des compétences requises dans le programme de la formation générale des adultes.

Modéliser le mouvement pour une culture scientifique

Pour la plupart d’entre nous, la mathématique est une science abstraite, déconnectée de la vie réelle. Pour les élèves, dès la première difficulté, la question qui leur vient en tête c’est: « À quoi ça va me servir dans la vie? »

Pourtant, plusieurs personnes, dont bien des enseignants de mathématique, aiment manipuler des concepts abstraits. Ils  trouvent un grand plaisir à résoudre de complexes équations algébriques ou simplifier de longues expressions trigonométriques. (Je fais partie de cette catégorie…). Mais lorsqu’on demande à ces enseignants de concrétiser des notions toutes simples, c’est beaucoup moins évident. Par exemple, la rédaction de situations d’apprentissage en situation réelle pour les transformations géométriques a donné lieu à des activités où l’élève doit représenter la rotation lorsqu’il déplace un meuble dans sa chambre…

Vous faites-ça vous, une rotation, lorsque vous déplacez un meuble?

D’autres situations aussi absurdes se trouvent en algèbre où on fait calculer le nombre de poules et de lapins en donnant le nombre de têtes et de pattes.

Ça ne serait pas plus facile de compter les poules et ensuite de compter les lapins?

Ce genre de problèmes amusent les enseignants, pas les élèves. De plus, cela envoie le message que la mathématique ne sert à rien de concret dans la « vraie vie« .

Alors, comment rédiger des situations d’apprentissage collées à la vie réelle pour apprendre les notions de base?

Peut-être que la question est mal posée. C’est comme si on demanderait de trouver une situation pour comprendre les transformations géométriques, les fractions et l’algèbre.

Et si on partait de situations réelles?

Un des objectifs de la mathématique est de comprendre le monde et, en particulier, le mouvement. À l’aide des outils technologiques, il est de plus en plus facile de filmer un mouvement et de le décortiquer pour en tirer une règle.

Une vidéo est intégrée dans le logiciel LoggerPro et on voit le graphique et les variables

Modélisation de la chute d'une pomme

Voici un exemple où on a filmé une pomme qui tombe et qu’on a ensuite créé le graphique de la hauteur en fonction du temps à l’aide du logiciel LoggerPro. L’élève a ensuite des variables et un graphique qui représentent une situation qu’il a lui-même vécue, et sur lesquels il fera les traitements nécessaires pour comprendre et modéliser le mouvement que subit la pomme qui tombe. Il peut même faire tomber plusieurs objets pour comparer ou mettre son modèle à l’épreuve, calculer et expliquer les marges d’erreurs, prédire le mouvement dans d’autres situations, etc.

Bien sûr, ce n’est pas possible, dans nos classes, de tout expliquer à partir de situations, sauf que lorsque l’élève a modélisé une ou deux situations, celles-ci deviennent une référence, un point d’ancrage, pour saisir le principe d’autres situations du même type. Le but est de donner un sens aux apprentissages, mais un sens réel, logique et pertinent.

Lorsqu’un élève demande à quoi ça peut lui servir de faire des mathématiques et qu’on n’est pas capable de lui répondre ou lorsqu’on lui demande de résoudre des situations de vie absurdes où l’application mathématique est artificielle, on manque notre coup. L’élève ayant un peu de difficulté décroche et se dit qu’il n’a pas la « bosse des maths ».

Nous avons vraiment besoin de développer une culture scientifique chez nos élèves. Grâce à la vidéo et à un logiciel de création de graphiques, nous pouvons mettre nos élèves en action tout en les amenant à modéliser différents mouvements. Du coup, on les amène à observer le monde autour d’eux, à formuler des hypothèses et à expliquer scientifiquement divers phénomènes.

À mon avis, c’est ça la culture scientifique!

Le tableur pour comprendre les mathématiques

Le tableur est un logiciel qui permet de travailler sur des feuilles comportant des cellules. Les cellules peuvent contenir des données ou des calculs impliquant les contenus d’autres cellules. On peut également y construire des graphiques à partir des données présentes dans les cellules. C’est un logiciel que l’on retrouve sur à peu près tous les ordinateurs présents dans les salles de classe.

Le fait de pouvoir manipuler des données en travaillant sur le nom du contenant plutôt que sur le contenu ne vous rappelle pas quelque chose? En fait, cela se rapporte directement au principe de l’algèbre. Pour travailler sur les données du tableau, il faut écrire des formules où les variables portent le noms des cellules. En modifiant ensuite le contenu de la cellule, sans changer la formule, on obtient des résultats différents.

Ce logiciel peut donc permettre l’appropriation de l’algèbre d’une façon beaucoup plus intuitive. Cela n’est qu’un exemple des multiples applications de ce logiciel.

Pourquoi, alors, est-il encore si peu utilisé pour comprendre les mathématiques?