Le jeu de l’enfant-robot : un exemple d’ingénierie éducative concernant la construction et la représentation de l’espace chez les très jeunes enfants.

Éric Greff

Résumé : La construction de l’espace et sa représentation sont des domaines clés des " Apprentissages premiers ". Parmi l’ensemble des activités qui permettent aux très jeunes enfants (4-6 ans) d’aborder ces domaines, on peut particulièrement s’intéresser aux trajets et à leurs représentations. Issue du domaine de l’informatique, l’ingénierie éducative intitulée " jeu de l’enfant-robot " permet à l’élève de jouer, pour un temps, le rôle du robot. Dans ce cas, il se déplace en fonction des cartes-instructions graphiques qui lui sont montrées. Cette phase de vécu corporel étant validée, l’enfant aborde le problème de la représentation des parcours effectués en utilisant, dans un premier temps, maquette et figurine, puis des représentations planes mettant en scène le personnage " Algor " qui, à son tour, se meut sur un quadrillage.

Mots clés :

parcours                 représentation de l’espace         algorithme
programmation     enseignement pré-scolaire         structuration
latéralisation         apprentissage premiers                 robot

Préambule

Il est flagrant, lorsqu'on lit les comptes-rendus d'expérimentation des années 86-87, de voir l'extraordinaire engouement qu'a suscité LOGO dans l'enseignement. A bien y réfléchir, cet enthousiasme n'est pas vraiment étonnant dans le contexte d'une micro-informatique en plein essor et par rapport à la richesse d'applications que pouvait apporter la tortue de Seymour Papert. Il est également frappant de constater combien ce langage est ensuite tombé en désuétude et combien il est désormais peu utilisé, voir renié. Il ne s'agit plus de le tuer, de le ressusciter ou de le réhabiliter mais d'essayer de comprendre, pour ne plus les reproduire, les mécanismes qui ont mené à sa disparition puis de se ressourcer aux fondements de LOGO.

Le jeu de l'enfant-robot

En Janvier 1995, nous avons publié aux éditions " Nathan Pédagogie " un ouvrage intitulé " Logique et Algorithme avec les 5/6 ans " [GRE 95a]. Celui-ci, librement inspiré des expériences de la tortue de sol, se veut une méthode à destination des enseignants de Moyenne et Grande Section de l'École Maternelle ainsi que de ceux du CP afin qu'ils puissent initier facilement leurs élèves au " jeu de l'enfant-robot ". Cette activité, destinée à de jeunes élèves ne sachant pas encore lire, est conçue pour fonctionner, à faible coût, dans la classe et sans utiliser ni ordinateur, ni machine d'aucune sorte.

Les réflexions concernant l'apprentissage de l'algorithmique et de la programmation ont été en permanence les moteurs et les référents de cette méthode. Il s'agissait donc de créer, non pas un langage informatique mais un environnement conceptuellement rigoureux permettant l'expérimentation de l'utilisation des structures algorithmiques de base. Les possibilités d'activités développées à l'École Maternelle étant riches et variées, nous nous sommes attachés à relier au " jeu de l'enfant-robot " les autres notions essentielles habituellement abordées avec les très jeunes enfants dans le cadre scolaire. Nous nous sommes donc également intéressés à la construction de l’espace et du temps, au repérage dans le plan, à la latéralisation… Nous avons mené, sur l’ensemble de ces notions, des observations systématiques qui ne sont pas décrites ici mais dont vous pourrez trouver l’intégralité dans [GRE 96b].

Le vécu physique du parcours avec son corps.

Dès qu'il peut se déplacer par ses propres moyens, le bébé part à la découverte du monde qui l'entoure… à quatre pattes. Il effectue ainsi ses premiers parcours dont les buts consistent soit à se rapprocher d'un objet convoité, soit à se rendre dans un lieu attrayant (parents, bruit, lumière, curiosité… ).

Afin de mener à bien son exploration du monde, l'enfant fait appel à son acuité visuelle, sa sensibilité aux contrastes, son accommodation visuelle, sa perception de la couleur, de la profondeur, de la distance et du mouvement. Il utilise en outre son acuité auditive pour localiser le son en direction et en distance. Il met en œuvre sa perception tactile, ses gestes et ses mouvements.

Le premier parcours imposé que l'enfant vit régulièrement avec son corps est souvent le trajet pour aller à l'école. Il s'agit là d'un trajet utilitaire, contraignant, régulier, à heure fixe, accompagné par un adulte. C'est un parcours assez répétitif pour que l'enfant le mémorise et vous emmène lui-même à l'école.

La reconnaissance du chemin menant de la maison à l'école s'appuie sur la reconnaissance de diverses particularités locales (la maison rouge, la boulangerie… ) qui se transforment en repères. Ceux-ci sont subjectifs et correspondent à l'enfant qui effectue le parcours. Les points de repère d'un autre enfant sur le même trajet ne seront pas forcément identiques.

Le jeune enfant (4-6 ans) sait vivre ce trajet maison-école mais il ne s'en fait pas facilement une représentation mentale. Il ne peut pas décrire séquentiellement le chemin parcouru, en faire, en quelque sorte, un algorithme descriptif précis. En effet, il ne sait pas lire, ne désigne pas les rues par leur nom et ne sait pas mettre en rapport les repères et les actions effectuées avec un vocabulaire approprié. Une expression du type " je prends la deuxième rue à droite " ne fait pas encore partie de son vocabulaire descriptif.

Lorsqu'il joue, l'enfant vit les lieux d'une manière différente. Son imagination transforme les pièces et les objets en autant d'endroits propices à l'histoire qu'il se raconte. Le lit devient pont, l'armoire devient caverne, la carpette devient tapis volant. L'espace réel devient fictif.

La représentation d'un trajet

Le dessin d'un trajet pose plus de problèmes que le dessin d'un lieu familier car le trajet est, par essence, un lieu de mobilité alors qu'on peut s'asseoir dans le coin d'une pièce afin de la dessiner. Dans la représentation graphique d'un trajet, on se heurte à la double difficulté de figurer de manière fixe et plane, un espace en trois dimensions que l'on vit de manière mobile. Toute représentation de trajet procède d'un codage et de conventions de lecture souvent complexes.

Si l'on considère un trajet, il est impossible de représenter simultanément l'ensemble du parcours (comme vu d'avion ou sur un plan) et les éléments particuliers de celui-ci (la maison rouge, la boulangerie…) qui ne sont pas forcément dans la même rue.

Pour avoir une représentation fiable du chemin parcouru, il faudrait figurer (et de quelle autre manière que sur des dessins séparés ?) :

• Le plan général du trajet, vu d'avion, sectorisé en unités visuelles.

• Quatre dessins par unité visuelle représentant respectivement, par rapport au sens du trajet, une vue de face, de dos, de droite et de gauche du tronçon de rue représenté ainsi.

• Sur chaque vue de face une indication (flèche ?) mentionnant le lieu et l'orientation du changement de direction permettant le raccordement avec les quatre dessins du tronçon suivant.

La représentation d'un trajet à l'aide d'un plan permettant de se repérer et de trouver son chemin passe donc forcément par une symbolisation. Celle-ci peut être écrite si l'on sait lire ou, dans le cas contraire, correspondre à un code établi.

Représenter un parcours, c'est faire appel à des codages, plus ou moins complexes, dépendant des types de parcours que l'on veut représenter et des individus (ou des machines) qui devront l'emprunter.

Le dessin d'un trajet fait appel à une représentation mentale abstraite importante dans laquelle intervient une symbolisation épurée des lieux, un changement d'échelle significatif et un angle de vision inhabituel (on ne marche pas généralement sur une ligne large de 5 mm, on ne circule pas quotidiennement en hélicoptère !).

La représentation d'un parcours possède souvent la particularité de mêler des éléments réels représentés en réduction (les rues, par exemple) avec des idéogrammes sommaires, éloignés de la réalité, qui se réfèrent à d'autres éléments du trajet. Ainsi, le rectangle peut aussi bien désigner une maison qu'une piscine ou une voiture, sur le même plan.

Le jeune enfant (4-6 ans) ne sait pas représenter sur un dessin le trajet lui permettant d'aller de chez lui à l'école parce qu'il ne parvient pas à mettre en concordance ses repères subjectifs avec une vision globale de l'espace. De plus, il ne conçoit pas le fondement même de ce qu'on lui demande, c'est-à-dire qu'un dessin puisse servir de guide.

Nous avons fait en sorte que l’ingénierie éducative intitulée " le jeu de l’enfant-robot " [GRE 95a] (dont vous trouverez ci-après un bref descriptif) permette de multiplier les expériences concernant la construction de l’espace et favorise également les acquisitions cognitives en terme de représentation de parcours.

Le jeu de l'enfant-robot : une progression pédagogique pour les 4-6 ans

Présentation de l’activité

La méthode emploie un matériel simple, c'est-à-dire un certain nombre de cartes conçues pour être montrées aux enfants lorsqu'ils jouent le rôle du robot, afin qu'ils exécutent les actions évoquées. Ces cartes-instructions correspondent à :

• des délimiteurs (début, fin de programme),

• des mouvements à effectuer (" Avance d'un pas ", " Recule d'un pas ", " Pivote d'un quart de tour à Droite ", " Pivote d'un quart de tour à Gauche "…),

• des actions à accomplir (" Chante ", " Frappe dans tes mains "…).

Il existe trois formes d’activités pour apprendre à connaître ces cartes et leur signification :

• En groupe : le maître montre les cartes (grand format) à un groupe d'élèves (demie classe) qui agit en fonction.

• En trio : un enfant montre les cartes (petit format) à un autre qui exécute les instructions correspondantes. Le troisième enfant joue le rôle de contrôleur, d'arbitre.

• En solo : l'enfant travaille avec son paquet de cartes (petit format). Il dépile ses instructions une à une et les exécute au fur et à mesure.

Un paquet de cartes détermine un parcours précis et constitue donc un " programme " dont chaque carte représente une instruction. À partir de ces éléments de base, se développent plusieurs types d'activités :

• constituer des programmes,

• les faire exécuter par un autre et veiller à leur bonne exécution,

• exécuter un programme soi-même en dépilant son paquet de cartes,

• coder et décoder un parcours précis,

• résoudre des problèmes (au sens mathématique du terme)…

L'enfant peut donc être, tour à tour, programmeur et programmé. Dans le premier cas, il assemble les cartes, dans le bon ordre, afin que le robot exécute son parcours-programme. Dans le second cas, il agit à la manière d'un robot et ne se meut qu'en fonction des cartes qui lui sont présentées.

Dès le début de la méthode, l'enfant vit les parcours avec son corps sans avoir recours à un objet médiateur de type " tortue ". Ceci constitue une composante forte de notre travail. " On peut faire de la programmation sans ordinateur en essayant de décrire, avec le langage ordinaire, les actions nécessaires à l'accomplissement d'une tâche. Un élève peut même servir d'automate et exécuter les ordres que ses camarades lui donnent et uniquement ceux-là ! " [MEN 85].

Afin de normaliser les parcours, pour éventuellement les comparer ou les recommencer, l'utilisation d'un quadrillage au sol se révèle être un auxiliaire incontournable. Grâce à lui, l'instruction " Avance d'un pas " équivaut, pour le robot, à se rendre dans la case immédiatement devant lui. Ce type de support constitue un outil normatif également indispensable pour les travaux de représentation écrite.

L'aspect didactique

Le jeu de l'enfant-robot a pour objectifs pédagogiques principaux de :

• développer chez l'enfant une pensée de type algorithmique,

• apprendre à respecter des règles et des consignes précises,

• développer la latéralisation et la représentation dans l'espace et dans le temps,

• s'approprier divers types de représentations à propos des parcours.

Le développement d'une pensée de type algorithmique constitue, pour nous, un but important de l'enseignement. En effet, savoir décomposer un problème pour le résoudre, ordonner sa pensée, raisonner avec rigueur… constituent des atouts précieux à tout apprentissage. En proposant de telles activités de programmation à de jeunes enfants, on met en œuvre les processus cités et " s’exercer à disséquer les problèmes ne peut que conduire à un plus haut degré de subtilité intellectuelle " [PAP 81]. " Lorsqu'on l'examine du point de vue de la psychologie, on peut affirmer que l'activité de programmation se présente comme une tâche de résolution de problèmes [… ] l'apprentissage de la programmation peut donc conduire à la constitution de nouvelles manières de penser et de traiter les problèmes " [DUF 88]. Voilà ce que nous ambitionnons de faire.

L'aspect représentationnel

Le langage de commande que nous utilisons, aussi simple soit-il, est déjà un système de représentation.

De plus, après avoir privilégié le vécu corporel, le jeu de l'enfant-robot fait appel à deux supports différents de représentations :

• L'enfant fait évoluer, sur une maquette (en 3 dimensions) quadrillée, une figurine volumique orientée qu'il déplace en fonction des cartes-instructions rencontrées. Il doit alors se mettre " à la place " de la figurine afin de lui faire exécuter le mouvement adéquat.

• L'enfant fait évoluer, sur une feuille quadrillée, une figurine plane orientée (dénommée Algor) qu'il déplace en fonction des cartes-instructions rencontrées. Il est alors confronté à une représentation en 2 dimensions dans laquelle espace et personnage sont schématisés, ce qui constitue pour lui un réel travail d'abstraction.

Munis d’un quadrillage approprié et du personnage Algor, on peut proposer aux enfants de se confronter aux exercices des types suivants qu’ils ont déjà vécu corporellement :

• Décodages de parcours : une représentation séquentielle des cartes-instructions ainsi que la position de départ de la figurine étant fournies, l'enfant devra indiquer la position finale de celle-ci, en consignant ou non les étapes intermédiaires.

• Codages de parcours : les positions de départ et d'arrivée de la figurines étant fixées (les étapes intermédiaires étant ou non précisées), l'enfant doit reconstituer, sous forme séquentielle, l'ensemble des cartes-instructions ayant permis à la figurine de se rendre du début à la fin du parcours. On peut même introduire des " programmes à trous ", partiellement écrits, que l'élève doit compléter avec le même type de consignes.

• Découverte d’un trajet " le plus court " : à partir des positions initiale et finale de la figurine, l'enfant doit fournir, sous forme séquentielle, le programme utilisant le moins de cartes-instructions possible et répondant au problème de codage du chemin. " La présupposition épistémologique du fait d'être " le plus court " est une propriété du tracé en soi, à ne pas confondre avec le trajet effectué pour le parcourir " [PAP 81].

Et puis, comme le préconise Seymour Papert, et puisqu’on a déjà eu l’occasion de l’expérimenter dans la première phase de la progression, " en cas de difficulté, on a la ressource de jouer à être soi-même la tortue " [PAP 81].

Principes de construction des situations

Les principes de construction de ces situations jouent à la fois sur :

La démarche de progression va plutôt du collectif à l'individuel et de l'egocentré à l'exocentré et l’on part d'un espace personnel lié à l'action, nécessairement contextualisé (la classe) pour aller à un espace de représentation dépersonnalisé (une feuille de papier).

Il s’agit de proposer aux enfants un outil leur permettant d'avoir une meilleure représentation de l'espace de déplacement en faisant l'hypothèse qu'en instrumentant leur représentation, on les aidera à la transformer et à la rendre plus efficiente

Nous avons donc souhaité, entre autres, favoriser des situations qui ont l'ambition de permettre aux enfants de construire une représentation symbolique analytique de déplacements dans le plan et ce, en utilisant un système de représentation qui est immédiatement fonctionnel, puisque les enfants l'utilise dans des situations de communication.

Conclusion

Les activités que nous proposons sont centrées sur des déplacements de l'enfant. À travers elles, l'enfant apprend à maîtriser ses gestes, à accomplir des mouvements précis. Il construit également sa latéralisation mais aussi sa représentation de l'espace et du temps. Il prévoit des parcours, les décompose, les exécute. Il est donc obligé d'anticiper, d'imaginer, de se projeter dans l'espace et dans le temps.

Il doit effectuer des mouvements contraignants, se déplacer dans un quadrillage, distinguer sa droite de sa gauche… bref, il doit exécuter de nombreux exercices de maîtrise du geste et de motricité. Le jeu de l'enfant-robot portant essentiellement sur des parcours et leur représentation, les enfants acquièrent également des compétences sur la lecture et l'interprétation de plans et sur l'explicitation de parcours.

Bien entendu, l’utilisation du langage occupe une part importante dans ce travail, on ne manque pas d’utiliser précisément les termes " droite ", " gauche ", " pivoter "… mais on est également attentif à la manière dont les enfants argumentent à propos des déplacements futurs d’Algor. Nous nous sommes attachés, dans cet exposé, à l’aspect " parcours " de notre travail mais de nombreuses autres voix restent encore à préciser.

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