Caselli, Damien

Desprez, Thibault

Noirpoudre, Stéphanie

Oudeyer, Pierre-Yves

Roy, Didier

Segonds, Théo

INRIA a CCSD electronic archive server

HAL Id: hal-01688310https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01688310Submitted on 19 Jan 2018HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.Distributed under a Creative Commons Attribution| 4.0 International LicenseConception et évaluation de kits robotiquespédagogiquesThibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli,Didier Roy, Pierre-Yves OudeyerTo cite this version:Thibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli, Didier Roy, et al.. Con-ception et évaluation de kits robotiques pédagogiques : Analyse écologique et expérimentale des util-isations de la robotique à l’école en termes de connaissances et de représentations. Colloque e-Fran,Territoires éducatifs d’innovation numérique, Jan 2018, Paris, France. pp.1, 2018. ￿hal-01688310￿Conception et évaluationde kits robotiques pédagogiquesAnalyse écologique et expérimentale des utilisations dela robotique à l’école en termes de connaissances et de représentationsThibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli, Didier Roy & Pierre-Yves OudeyerContact: prénom.nom@inria.fr – Équipe Flowers – Équipe Poppy Éducation – Projets e-Fran PERSEVERONS sp.6Nous présentons un kit robotique: Poppy Ergo Jr. Il est né d’un parte-nariat entre l’équipe Poppy Éducation et 20 enseignants partenaires issus de15 lycées de la région de Nouvelle Aquitaine. 68 de leurs élèves ont participéaux évaluations en juin 2017.Contexte• Conception centrée utilisateur[Noirpoudre et al., 2017] Depuis septembre 2015, des réunions mensuelles avecles utilisateurs nous ont permis de déterminer leurs besoins, souhaits etcontraintes. Cela a permis d’améliorer le kit.• Les outils dans la bôıte- Robot: Ergo Jr est un bras robotique bon marché avec 6 servomoteurset une forme modifiable. Il est issu de la Plate-forme Poppy [Lapeyre, 2015].- Programmation: avec Snap!, un langage visuel (Scratch like) ; avecPython, un langage textuel ; ou d’autres langages grâce à l’API-REST.- Livret et activités: [Noirpoudre et al., 2016] Pour découvrir les fonctionnalitésdu robot et les éléments de base en programmation. www.poppy-education.org/Kit robotique pédagogique•  System Usability Scales [Brooke, 1996] Le SUS comprend 10 af-firmations à évaluer sur une échellede 5 points. Cela aide à évaluer lesproblèmes de conception. C’est unsondage très rapide et fiable.• Le questionnaire  AttrakDiff [Lallemand et al., 2015] Il consiste en 28 pairesd’antonymes à évaluer sur une échellede 7 points. Il permet d’évaluerla perception de l’utilisateur lorsdes activités, notamment en termed’expérience utilisateur (UX).Tous les résultats sont disponibles dans [Desprez et al., 2018]Expérience utilisateur• Approche expérimentaleDe nombreuses variables pou-vant être manipulées individu-ellement en fonction de l’objetd’étude. Itération rapide, maisen dehors du cadre scolaire.PreTestPostTestActivityPresentationEnvironment x iObservationProtocol ExperimentalType of equipment• Approche écologiquePlacée dans le monde réel (à l’école) mais induit des biais à travers de nom-breuses variables environnementales, difficiles à contrôler et à mesurer.School year activity A Observationsof TeachersTEST2TEST1 activity B Observationsof TeachersTEST3activities Observationsof TeachersTEST4FreeProtocoles• ”Public attitudes towards Robots” [Eurobarometer, 2012] est un questionnaire pourévaluer l’acceptabilité des robots. Les résultats de 2017 sur l’impact dukit sur cette dimension, sont en cours d’analyse.• ”The Negative Attitudes towards Robots Scale” [Nomura et al., 2006] cet autrequestionnaire sera utilisé en 2018 en plus du premier.L’impact de plusieurs variations du kit est actuellement à l’étude.Représentations• Concepts de robotiqueQu’est-ce qu’un robot, comment utiliserles outils associés?Qu’est-ce qu’un comportement, com-ment créer une ”boucle de contrôle”?• Sciences numériquesNous nous référons au Concours Castorpour nos études. [Dagienė and Futschek, 2008]Pour évaluer ces domaines, des questionnaires sont en cours de création.Connaissances[Brooke, 1996] Brooke, J. (1996). Sus-a quick and dirty usability scale. Usability evaluation in industry, 189(194):4–7.[Dagienė and Futschek, 2008] Dagienė, V. and Futschek, G. (2008). Bebras international contest on informatics and computerliteracy: Criteria for good tasks. Informatics education-supporting computational thinking, pages 19–30.[Desprez et al., 2018] Desprez, T., Noirpoudre, S., Segonds, T., Caselli, D., Roy, D., and Oudeyer, P.-Y. (2018). Poppy ergo jr:un kit robotique au coeur du dispositif poppy éducation. In Didapro.[Eurobarometer, 2012] Eurobarometer, S. (2012). 382 ‘public attitudes towards robots’.[Lallemand et al., 2015] Lallemand, C., Koenig, V., Gronier, G., and Martin, R. (2015). Création et validation d’une versionfrançaise du questionnaire attrakdiff pour l’évaluation de l’expérience utilisateur des systèmes interactifs. Revue Européenne dePsychologie Appliquée/European Review of Applied Psychology, 65(5):239–252.[Lapeyre, 2015] Lapeyre, M. (2015). Poppy: plate-forme robotique open source, imprimée en 3D et totalement modulaire pourl’experimentation scientifique, artistique et pédagogique. PhD thesis, Bordeaux.[Noirpoudre et al., 2016] Noirpoudre, S., Roy, D., Demangeat, M., Desprez, T., Segonds, T., Rouanet, P., Caselli, D., Rabault,N., Lapeyre, M., and Oudeyer, P.-Y. (2016). Livret pédagogique: Apprendre a programmer poppy ergo jr en snap.[Noirpoudre et al., 2017] Noirpoudre, S., Roy, D., Desprez, T., Segonds, T., Caselli, D., and Oudeyer, P.-Y. (2017). Poppyeducation: un dispositif robotique open source pour l’enseignement de l’informatique et de la robotique. In EIAH 2017.[Nomura et al., 2006] Nomura, T., Suzuki, T., Kanda, T., and Kato, K. (2006). Measurement of negative attitudes toward robots.Interaction Studies, 7(3):437–454.Références

Conception et évaluation de kits robotiques pédagogiques: Analyse écologique et expérimentale des utilisations de la robotique à l’école en termes de connaissances et de représentations

National audienceContexte : Cette recherche s'inscrit dans le domaine des IHR (Interaction Homme Robot) et des IHM (Interface Homme Machine). Elle fait intervenir différents champs disciplinaires tels que l'informatique, les sciences cognitives, ou encore l'ergonomie et la psychologie expérimentale. Cette recherche est menée en partenariats avec 25 lycées de la région de Nouvelle Aquitaine dans le cadre du projet dans le cadre du projet Poppy Education (Inria) et du projet e-FranPERSEVERONS (programme d’investissement d’avenir) et suit la dynamique de l’intégration des sciences dunumérique et de la robotique dans tous les cycles de l’enseignement français

HAL Id: hal-01780511https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01780511Submitted on 27 Apr 2018HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.Conception et évaluation de kits robotiquespédagogiques: Analyse écologique et expérimentale desutilisations de la robotique à l’école en termes deconnaissances et de représentationsThibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli,Didier Roy, Pierre-Yves OudeyerTo cite this version:Thibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli, Didier Roy, et al.. Concep-tion et évaluation de kits robotiques pédagogiques: Analyse écologique et expérimentale des utilisationsde la robotique à l’école en termes de connaissances et de représentations . Journée de l’EDMI, Mar2018, Bordeaux, France. ￿hal-01780511￿Conception et évaluationde kits robotiques pédagogiquesAnalyse écologique et expérimentale de l’impact des usages dela robotique à l’école en termes de représentations, de connaissances et de motivationsThibault Desprez, Stéphanie Noirpoudre, Théo Segonds, Damien Caselli, Didier Roy & Pierre-Yves OudeyerContact : prénom.nom@inria.fr — Équipe Flowers — Équipe Poppy Éducation — Projets e-Fran PERSEVERONS sp.6Cette recherche s’inscrit dans le domaine des IHR (Interaction Homme Robot) et des IHM (Interface HommeMachine). Elle fait intervenir différents champs disciplinaires tels que l’informatique, les sciences cognitives,ou encore l’ergonomie et la psychologie expérimentale. Cette recherche est menée en partenariats avec 25lycées de la région de Nouvelle Aquitaine dans le cadre du projet Poppy Éducation (Inria) et du projet e-FranPERSÉVÉRONS (programme d’investissement d’avenir) et suit la dynamique de l’intégration des sciences dunumérique et de la robotique dans tous les cycles de l’enseignement français.Contexte• Conception centrée utilisateur[Noirpoudre et al., 2017] Depuis septembre 2015, des réunions mensuelles avec les utilisateurs nous ont permis dedéterminer leurs besoins, souhaits et contraintes. Cela a permis de créer le kit : Poppy Ergo Jr.• Les outils dans la bôıte- Robot : Ergo Jr est un bras robotique bon marché avec 6 servomoteurs et une forme modifiable. Ilembarque une Raspberry pi3 et est fourni avec 6 embouts. Il est issu de la Plate-forme Poppy [Lapeyre, 2015].- Programmation : avec Snap!, un langage visuel (Scratch like) ; avec Jupyter IPython Notebook , unlangage textuel enrichi (texte, medias, etc) ; ou tout autres langages grâce à l’API-REST.- Livret et activités : [Noirpoudre et al., 2016] Pour découvrir les fonctionnalités du robot et les éléments de baseen programmation. Pour permettre une première appropriation du robot par l’utilisateur.www.poppy-education.org/Kit robotique pédagogique• System Usability ScalesLe SUS [Brooke, 1996] comprend 10 affirmations à évaluersur une échelle de 5 points. Il permet de graduerl’utilisabilité définie sous la norme ISO 9241-11 par ledegré selon lequel un produit peut être utilisé, par desutilisateurs identifiés, pour atteindre des buts définisavec efficacité, efficience et satisfaction, dans un con-texte d’utilisation spécifié . C’est un sondage très rapideet fiable [Brooke, 2013].• Le questionnaire AttrakDiffCréé en 2003 [Hassenzahl et al., 2003] puis traduit et valider enfrançais en 2015 [Lallemand et al., 2015], il évalue les plate-formes d’un point de vue plus hédoniste (plus quali-tatif). Il consiste en 28 paires d’antonymes à évaluersur une échelle de 7 points. Il permet d’évaluer la per-ception de l’utilisateur après des activités, notammenten matière d’expérience utilisateur (UX).Tous les résultats des passations de Juin 2017 (N = 68)sont disponibles dans [Desprez et al., 2018].Expérience utilisateur• L’approche écologiquePermet d’approcher plus fidèlement la réalité des usagessur le terrain (à l’école). Cependant de nombreusesvariables environnementales, difficiles à contrôler et àmesurer, peuvent induire des biais. Cela impose unechronologie et une méthodologie strictes pour établirdes comparaisons fiables.PreTestPostTestActivityPresentationEnvironment x iObservationProtocol ExperimentalType of equipmentSchool year activity A Observationsof TeachersTEST2TEST1 activity B Observationsof TeachersTEST3activities Observationsof TeachersTEST4Free• L’approche expérimentalePermet des itérations rapides, mais horscadre scolaire. De nombreuses variablespeuvent être manipulées individuellementen fonction de l’objet d’étude, notam-ment pour identifier d’éventuels biais.Protocoles• Concevoir des robots et des activités qui s’adaptent aux concepts visés par l’enseignant.Ce sont des outils au service de la pédagogie et non vecteurs de pédagogie. Ces ressources semblentvéhiculer ou induire des impacts différents suivants leurs caractéristiques intrinsèques (Forme du robot(humanöıde ou autre), robot physique ou virtuel, type d’activité, etc) modulos les usages qui en sont faits(travail de groupe, avec un ou plusieurs robots, projet collectif / individuel, etc)• Évaluer selon des protocoles écologiques et/ou expérimentaux, l’impact qu’a ce type de ressources sur :- les représentations qu’ont les élèves avant et après des activités robotique et les élèves qui n’en ont pas.- les connaissances et compétences que développent les élèves avec la pratique d’activités en robotique.- les motivations à travers l’engagement et la persévérance qu’ont les élèves à court et moyen terme.En fonction des facteurs discriminant les différents kits proposés. Et créer une grille de comparaison évolutive.Objectifs• ”Public attitudes towards Robots” [Eurobarometer, 2012] est un questionnaire pour évaluer l’acceptabilité des indi-vidus pour les robots. Les résultats 2017 sur l’impact du kit sur cette dimension, sont en cours d’analyse.• ”The Negative Attitudes towards Robots Scale” [Nomura et al., 2006] cet autre questionnaire sera utilisé en 2018et complétera le premier. Il se focalise sur la peur des individus envers les robots.Quels aspects (Virtuel/ Brut/ Design), quelles formes (humanöıde/ biomorphique ou non), quelles fonctionnalités(modulaire/ clés en mains) sont les plus impactant. Plusieurs variations du kit sont actuellement à l’étude.Représentations• Concepts de robotiqueQu’est-ce qu’un robot et comment utiliserles outils et langages associés? Qu’est-cequ’un comportement et comment créer une”boucle de contrôle”? Sont les composantsélémentaires ciblés par le projet pour perme-ttre, chez l’utilisateur novice, une meilleureappréhension des concepts de robotique.• Sciences du numériquesEnglobe les sciences en amont des technolo-gies numériques largement démocratisées dansnotre société. Elle se nourrit d’informatique,de logique, de graphes, d’automatismes, etc.Pour nos études, nous nous référons au Con-cours Castor . [Dagienė and Futschek, 2008] afin d’évaluerces différentes disciplines s’articulant ici.D’autres questionnaires, plus spécifiques à nos domaines, sont en développement.Connaissances• La dynamique Motivationnelle - Le modèle de Viau [Viau and Louis, 1997] • La Théorie du FLOW[Nakamura and Csikszentmihalyi, 2014]De nombreux modèles et concepts coexistent et se complètent :Autodétermination[Deci et al., 1991]Autorégulation[Pintrich et al., 1991]Accomplissement de but[Elliot and McGregor, 2001]Attributions causales[Barbeau, 1991]Motivations[Barbeau, 1991] Barbeau, D. (1991). Pour mieux comprendre la réussite et les échecs scolaires. Pédagogie collégiale, 5(1):17–22.[Brooke, 1996] Brooke, J. (1996). Sus-a quick and dirty usability scale. Usability evaluation in industry, 189(194):4–7.[Brooke, 2013] Brooke, J. (2013). Sus: a retrospective. Journal of usability studies, 8(2):29–40.[Dagienė and Futschek, 2008] Dagienė, V. and Futschek, G. (2008). Bebras international contest on informatics and computer literacy: Criteria for good tasks. Informatics education-supporting computational thinking, pages 19–30.[Deci et al., 1991] Deci, E. L., Vallerand, R. J., Pelletier, L. G., and Ryan, R. M. (1991). Motivation and education: The self-determination perspective. Educational psychologist,26(3-4):325–346.[Desprez et al., 2018] Desprez, T., Noirpoudre, S., Segonds, T., Caselli, D., Roy, D., and Oudeyer, P.-Y. (2018). Poppy ergo jr: un kit robotique au coeur du dispositif poppy éducation. InDidapro.[Elliot and McGregor, 2001] Elliot, A. J. and McGregor, H. A. (2001). A 2× 2 achievement goal framework. Journal of personality and social psychology, 80(3):501.[Eurobarometer, 2012] Eurobarometer, S. (2012). 382 ‘public attitudes towards robots’.[Hassenzahl et al., 2003] Hassenzahl, M., Burmester, M., and Koller, F. (2003). Attrakdiff: Ein fragebogen zur messung wahrgenommener hedonischer und pragmatischer qualität. In Mensch& Computer 2003, pages 187–196. Springer.[Lallemand et al., 2015] Lallemand, C., Koenig, V., Gronier, G., and Martin, R. (2015). Création et validation d’une version française du questionnaire attrakdiff pour l’évaluation del’expérience utilisateur des systèmes interactifs. Revue Européenne de Psychologie Appliquée/European Review of Applied Psychology, 65(5):239–252.[Lapeyre, 2015] Lapeyre, M. (2015). Poppy: plate-forme robotique open source, imprimée en 3D et totalement modulaire pour l’experimentation scientifique, artistique et pédagogique. PhDthesis, Bordeaux.[Nakamura and Csikszentmihalyi, 2014] Nakamura, J. and Csikszentmihalyi, M. (2014). The concept of flow. In Flow and the foundations of positive psychology, pages 239–263. Springer.[Noirpoudre et al., 2016] Noirpoudre, S., Roy, D., Demangeat, M., Desprez, T., Segonds, T., Rouanet, P., Caselli, D., Rabault, N., Lapeyre, M., and Oudeyer, P.-Y. (2016). Livretpédagogique: Apprendre a programmer poppy ergo jr en snap.[Noirpoudre et al., 2017] Noirpoudre, S., Roy, D., Desprez, T., Segonds, T., Caselli, D., and Oudeyer, P.-Y. (2017). Poppy education: un dispositif robotique open source pour l’enseignementde l’informatique et de la robotique. In EIAH 2017.[Nomura et al., 2006] Nomura, T., Suzuki, T., Kanda, T., and Kato, K. (2006). Measurement of negative attitudes toward robots. Interaction Studies, 7(3):437–454.[Pintrich et al., 1991] Pintrich, P. R. et al. (1991). A manual for the use of the motivated strategies for learning questionnaire (mslq).[Viau and Louis, 1997] Viau, R. and Louis, R. (1997). Vers une meilleure compréhension de la dynamique motivationnelle des étudiants en contexte scolaire. Canadian Journal of Educa-tion/Revue canadienne de l’éducation, pages 144–157.Références

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