Impact de l’usage de la robotique pédagogique dans l’enseignement de la programmation des microcontrôleurs

Résumé

Cette thèse a mis en évidence l'apport des robots-voiture dans l'enseignement de la programmation des circuits intégrés au niveau secondaire. Le but est de souligner l'efficacité potentielle du logiciel de simulation Flowcode dans l'enseignement de la programmation des circuits intégrés programmables, en particulier les microcontrôleurs. La première partie de cette recherche a été consacrée à identifier les difficultés rencontrées par les apprenants lorsqu'ils sont en train de programmer sur le logiciel Flowcode. Nous avons réalisé des séances d’observation des élèves en situation de résolution de problèmes. Les données recueillies montrent que l’usage du logiciel ne permet pas de surmonter toutes les difficultés d’apprentissage de la programmation, et tous les élèves ne réussissent pas à faire correctement la tâche prescrite. En effet, la nomination et la désignation des broches du microcontrôleur n'est pas la même sur le logiciel et sur le circuit. Les élèves trouvent une difficulté de distinction entre le nom d'une broche variable de l'activité. En plus, l'environnement de simulation est très abstrait et le lien entre les composants et le circuit est virtuel. Par conséquent, la charge cognitive mobilisée est importante ; l'élève doit à la fois savoir manipuler le logiciel, identifier correctement les broches du microcontrôleur, et faire le lien entre le programme et le problème combinatoire conçu. De plus, des données verbales, des transcriptions vidéo et des discours d'élèves et d'enseignants ont été analysés. Les indicateurs verbaux identifiés sont associés à des progrès dans les activités de l'enseignant et des élèves. Les vidéos sont découpées en épisodes et chaque épisode, initialement soumis à une analyse quantitative, est traité comme une action. C'est à partir de l'analyse des échanges que nous avons identifié la première source des difficultés rencontrées par les élèves. Sur la base de ces résultats, notre deuxième étude s'est concentrée sur le rôle des robots-voitures dans l'enseignement-apprentissage de la programmation. Les résultats de cette étude soulignent l'importance de réfléchir à la mise en place de ces outils pour faciliter et stimuler le processus de programmation. Plus précisément, il s'agit de considérer le lien entre la programmation et l'utilisation de robots lors des activités des élèves remplacés. La complexité de l'activité est réduite car l'enseignant a divisé la tâche de programmation du robot en des sous-tâches. Le logiciel de programmation est plus avancé que la première partie. La difficulté de définir les entrées et les sorties du microcontrôleur a disparu, car chaque instruction est accompagnée de l’image réel du composant. La programmation est devenue un jeu de puzzle. Pour que le programme soit exécutable, il suffit de placer les blocs à leur place et de sélectionner la configuration requise. Il n'y a pas de simulations virtuelles, mais plutôt un câblage réel sur le circuit, puis le chargement du programme et la vérification du fonctionnement. Plutôt un câblage réel dans le circuit, suivi du chargement du programme et de la vérification du fonctionnement. Nos résultats confirment notre hypothèse voulant que l'implication des robots dans les activités de programmation des élèves favorise un apprentissage plus efficace et plus significatif. De cette recherche, il ressort que les situations proposées permettent aux élèves d'apprendre certains aspects de l'électronique et de l'informatique et de se familiariser avec ces sujets. Pour la perspective, nous proposons d'enseigner la programmation des microcontrôleurs par le biais de projets. Nous croyons que concevoir un système réel, écrire un programme complet pour eux et le faire fonctionner par chaque groupe d'élèves peut encore améliorer l'enseignement-apprentissage de la programmation, de l'électronique et de la motricité.

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