Résoudre des problèmes au 1D L’approche STIAM

1. Résoudre des problèmes au 1D
L’approche STIAM
@margaridaromero Margarida.Romero@univ-cotedazur.fr
Dir. Laboratoire d’Innovation et Numérique pour l’Education (LINE)
ANR CreaMaker
#CreaCube

2. Plan de la présentation
● Résolution techno-créative de problèmes
● Résoudre des problèmes au 1D
● “Problèmes pour chercher”
● L’approche STIAM
● Activitiés STIAM pour le 1D : une invitation à la
collaboration dans le cadre de l’action AMPIRIC
TechnoCreatic et du projet européen Let’s STEAM !
○ TechnoCreatic :
https://frama.link/AMPIRIC-resolutionDePBM
○ Let’s STEAM : http://www.lets-steam.eu/
Micro:Bit
CréaCube

3. Citoyens comme
consommateurs
du numérique
(usage interactif non créatif)
Citoyen.ne.s comme
cocréateurs numériques
(Cocréation participative de
connaissances)
Résolution cocréative de problèmes à
l’aide du numérique
#5c21, dont la pensée informatique
Src:CultOfMac.com
Src:Ladieslearningcode.com

4. Pensée informatique :
Résolution (techno-créative) de problèmes

5. Résolution (techno-créative) de problèmes
Tâche CréaCube : résolution d’une situation-problème par le biais
de l’usage de cubes robotiques modulaire
Romero, M., DeBlois, L., & Pavel, A. (2018). Créacube, comparaison de la résolution créative de problèmes, chez des enfants et des
adultes, par le biais d’une tâche de robotique modulaire. MathémaTICE (61).
« Pour résoudre des problèmes interactifs, les
élèves doivent se montrer ouverts à la
nouveauté, accepter le doute et l’incertitude, et
oser utiliser leur intuition pour amorcer une
solution » (OCDE, 2014).

6. La résolution de problèmes, au coeur de l’activité mathématique
Plan Villani-Torossian, 2018 : « La pensée mathématique, la résolution de
problèmes et la modélisation sont nécessaires dans de nombreux domaines
professionnels tels que la santé, l’économie, la conception graphique » (p. 31).
https://www.education.gouv.fr/media/11072/download
@margaridaromero
Cycle de modélisation
(Blum et Lei, 2005)

8. La résolution de problèmes, au coeur de l’activité mathématique
BO n°3 du 5 avril 2018 : « La résolution de problèmes doit être au cœur de
l'activité mathématique des élèves tout au long de la scolarité obligatoire.
Elle participe du questionnement sur le monde et de l'acquisition d'une
culture scientifique, et par là contribue à la formation des citoyens ».
https://www.education.gouv.fr/media/11072/download
@margaridaromero

12. Contribuer à développer une
attitude critique et créative pour
résoudre coopérativement des défis
collectifs et sociétaux complexes
Romero, M., Lille, B., & Patino, A. (Éd.). (2017). Usages créatifs du numérique pour l’apprentissage au XXIe siècle (Vol. 1).
Québec: Presses de l’Université du Québec.
http://www.puq.ca/catalogue/livres/usages-creatifs-numerique-pour-apprentissage-xxie-3409.html

13. Résolution (techno-créative) de problèmes
#SmartCityMaker #CréeTaVille

15. STIAM (STEAM en anglais) est l’acronyme qui fait référence à 5 disciplines :
● Sciences
● Technologie
● Ingénierie (Engineering)
● Arts et
● Mathématiques
L’approche STIAM permet de soutenir la
créativité dans les différentes disciplines
(Guyotte, et al, 2015; Wynn & Harris, 2012).
#5c21 : 5 compétences clés dans le cadre d’activités
techno-créatives : pensée critique, la collaboration, la
résolution de problèmes et la créativité, qui
correspondent aux compétences transversales PFÉQ et
du référentiel de l’OCDE (2016); auxquelles nous y
intégrons la pensée informatique ou computationnelle
(computational thinking).
www.lets-steam.eu

16. La résolution de problèmes est la
capacité d'identifier une
situation-problème, pour laquelle le
processus et la solution ne sont pas connus
d’avance.
C’est également la capacité de déterminer
une solution, de la construire et de
la mettre en œuvre de manière efficace
sous une approche itérative.

17. La résolution de problèmes, une compétence clé
La résolution de problèmes est une compétence clé pour faire face à des
situations nouvelles qui nécessitent le développement d’un processus
pour trouver une solution plausible.
La situation-problème n’est pas qu’une situation didactique quelconque,
mais « elle doit placer l’apprenant devant une série de décisions à prendre
pour atteindre un objectif qu’il a lui-même choisi ou qu’on lui a proposé,
voire assigné » (Perrenoud, 1995, p.6).
@margaridaromero

18. Résolution de problèmes en
mathématiques
Problèmes pour apprendre
Houdement (2007)
@margaridaromero
Résolution de problèmes comme
compétence transversale (en
mathématiques et d’autres disciplines
et contextes)
“Problèmes pour chercher”
« l’importance du raisonnement mathématique,
de la capacité à résoudre des problèmes et de
l’applicabilité des savoirs mathématiques aux
situations de la vie réelle » (De Corte &
Verschaffel, 2008)

19. Houdement (2007), des “problèmes pour chercher”, les élèves doivent inventer
une solution, feure preuve de stratégie et de flexibilité de raisonnement

20. Houdement (2007), “j’ai des cubes bleus, jaunes, verts et rouges. Quelles tours
de 4 cubes puis-je construire avec ces 4 couleurs ?”

21. @margaridaromero
PISA. Résolution de problèmes comme compétence transversale
« La maîtrise des matières du programme de cours, comme les langues, les
mathématiques et les sciences, est essentielle…, mais les élèves doivent
également posséder un véritable arsenal de savoir-faire pour être bien armés
pour l’avenir. Parmi ces savoir-faire figurent les compétences en résolution de
problèmes, c’est-à-dire la capacité de comprendre des problèmes situés dans
des contextes inédits et transdisciplinaires, d’identifier des informations ou des
contraintes pertinentes, d’imaginer des processus de résolution alternatifs, d’
élaborer des stratégies de résolution de problèmes, de résoudre les problèmes et
de communiquer leur solution. »

22. Analyse du problèm
e
Création
Solution
Identificationduproblème
Organisationetmodélisation
duproblème
Créationd’unesolution
Evaluationdelasolutionet
améliorationitérative
Résolution de problèmes (PISA, PFEQ, Polya)
Romero, M. (2019). La programmation n'est pas que technologique. Programmer : une démarche sensible, culturelle et citoyenne
pour résoudre des problèmes Spectre (49).

23. @margaridaromero
PISA. Résolution de problèmes comme compétence transversale
« Les pays qui préparent mieux leurs élèves à utiliser leurs connaissances dans
des contextes de la vie réelle sont également ceux dont les élèves sont le plus à
l’aise avec les processus cognitifs requis dans la résolution des problèmes de
la vie courante, comme interagir avec des applications technologiques non
familières » (OCDE, 2014).
Dans le cadre de la tâche CréaCube, observation des processus cognitifs :
● Démarche inductive, exploration des affordances et des outils
● Démarche déductive, exploitation (des connaissances)

24. D’un point de vue didactique, la situation vise placer l’apprenant dans une
démarche où il doit mobiliser et adapter des connaissances pour en
élaborer de nouvelles (Brousseau, 1998; Brousseau et Warfield, 2014).
La situation-problème « place l’apprenant devant une série de décisions à
prendre pour atteindre un objectif qu’il a lui-même choisi ou qu’on lui a
proposé, voire assigné » (Perrenoud, 1995, p.6).
Face à un artefact nouveau, ce sont les prises de décisions de l’apprenant
qui permettront d’explorer par la manipulation et de poser une réflexion
sur ses actions afin de repérer le fonctionnement de l’artefact inconnu.
Bélanger et al., (2014) ont observé comment la variété de procédures
exploitées dans une tâche de résolution de problèmes comme autant
de manifestations de créativité au moment d’arrimer et d’organiser le
système de connaissances des élèves aux contraintes d’un problème.
Romero, M., DeBlois, L., & Pavel, A. (2018). Créacube, comparaison de la résolution créative de problèmes, chez des enfants et des
adultes, par le biais d’une tâche de robotique modulaire. MathémaTICE (61).

25. Résolution techno-créative de problèmes :
● Le numérique n’est pas un but en soi;
● Le numérique au service de la résolution de problèmes
2. Numérique
(Systèmes formels et
physiques)
1. Analyse du problème
3. Démarche itérative de création
Solution

26. Pensée informatique
“La pensée informatique conduit à résoudre des problèmes, à concevoir
des systèmes et à comprendre le comportement humain, en s'appuyant
sur les concepts fondamentaux de la discipline et en y incluant une large
collection d'outils intellectuels qui reflètent l'étendue de la science qu'est
l'informatique” (Wing, 2008)
“la maitrise d'objets informatiques et la participation à des activités
sociales dans un monde en réseau” (Drot-Delange et Bruillard, 2012)
“ensemble de stratégies de pensée cognitive et métacognitive liées à la
modélisation de connaissances et de processus, à l'abstraction, à
l'algorithmique et à l'identification, la décomposition et l'organisation de
structures complexes et de suites logiques” (Romero, Lille & Patino, 2017).

27. Systèmes
Systèmes formels (p.ex. code)
Systèmes physiques (p.ex. capteurs)
Analyse du problèm
e
Création
Solution
Identificationduproblème
Organisationetmodélisation
duproblème
Créationd’unesolution
Evaluationdelasolutionet
améliorationitérative
Activités de
programmation /
robotique créative
Activités de codage
Opérationalisation de la compétence pensée informatique (Wing, 2006) en trois axes
et 6 composantes (Romero, Lepage, & Lille, 2017).
Romero, M., Lepage, A., & Lille, B. (2017). Computational thinking development through creative programming in higher education.
International Journal of Educational Technology in Higher Education, 14(1), 42.

28. Activité pierre-papier-ciseaux avec Micro:Bit
● Programmation de la carte Micro:Bit pour jouer à
Pierre-Paier-Ciseaux
● Prise de consciences des aspects matériels
(capteurs, connexion, énergie, lumière…) et des
aspects logiciels
Micro:Bit

29. Tâche CréaCube
● Résolution individuelle vs résolution en binôme
● La coopération développer la créativité et évite l’abandon face aux
difficultés
● Les élèves combinent des phases d’exploration
et des phases d’exploitation des connaissances
(prise de conscience des modes de raisonnement)
CréaCube

30. Systèmes
Analyse du problèm
e
Création
Solution
Identificationduproblème
Organisationetmodélisation
duproblème
Créationd’unesolution
Evaluationdelasolutionet
améliorationitérative
Analyse de la tâche CreaCube (projet ANR CreaMaker, Romero, Vieville, Cassone,
Bassiri et al)
Systèmes formels (p.ex. code)
Systèmes physiques (p.ex. capteurs)
Understanding the
problem-situation
Concept of autonomous
vehicle
Magnets
Sensors
Actuatuors
Electric circuit
Cubes assembled as a system
Creating a solution by
assembling by inverting
the distance sensor signal

31. Systèmes
Systèmes formels (p.ex. code)
Systèmes physiques (p.ex. capteurs)
Analyse du problèm
e
Création
Solution
Identificationduproblème
Organisationetmodélisation
duproblème
Créationd’unesolution
Evaluationdelasolutionet
améliorationitérative
Pensée informatique et résolution de problèmes
Romero, M. (2019). La programmation n'est pas que technologique. Programmer : une démarche sensible, culturelle et citoyenne
pour résoudre des problèmes Spectre (49).

32. Dans le cadre de la tâche CréaCube, observation des processus cognitifs :
● Démarche inductive (essai-erreur), exploration des affordances et des outils
● Démarche déductive, exploitation (des connaissances)
Modes de raisonnement
dans la résolution (techno-créative) de problèmes

33. L’apprentissage par problèmes (RP) et l’erreur productive.
● L’apprentissage par problèmes est considéré tant comme un contexte pour apprendre que
comme une approche pour enseigner (Arsac, Germain, & Mante, 1991; Charnay, 1992; Lajoie &
Bednarz, 2012)
● Du point de vue de l’apprentissage, on reconnaît l’importance pour les élèves de surmonter
un obstacle sans pour autant que la solution ne soit hors d’atteinte.
● Dans ce contexte, l’erreur fait partie du processus de recherche de solutions tant par
l’expérimentation que par la réinterprétation du problème durant la démarche.
● L’erreur peut-être même productive dans le processus d’apprentissage, il s’agit alors d’une
erreur productive (productive failure, Kapur, 2008) qu’il faut même considérer d’un point de vue
didactique.
(à partir de DeBlois, 2011 et Kapur, 2008)
L’erreur dans la résolution (techno-créative) de problèmes

34. Résoudre des problèmes au 1D
L’approche STIAM
@margaridaromero Margarida.Romero@univ-cotedazur.fr
Dir. Laboratoire d’Innovation et Numérique pour l’Education (LINE)
Merci de votre
attention

35. Feyfant, A. (2015). La résolution de problèmes de mathématiques au primaire. Dossier de veille de
l’IFÉ, n°105. Lyon : ENS de Lyon.
Romero, M. (2019). La programmation n'est pas que technologique. Programmer : une démarche
sensible, culturelle et citoyenne pour résoudre des problèmes Spectre (49).
Romero, M., Lepage, A., & Lille, B. (2017). Computational thinking development through creative
programming in higher education. International Journal of Educational Technology in Higher
Education, 14(1), 42.
Menon, D., Viéville, T., & Romero, M. (2019). Computational thinking development and assessment
through tabletop escape games. International Journal of Serious Games, 6(4), 3-18.
Romero, M. (2016). De l’apprentissage procédural de la programmation à l’intégration
interdisciplinaire de la programmation créative. Formation et profession, 24(1), 87‑89.
https://doi.org/10.18162/fp.2016.a92
Références des études de cette présentation

36. Menon, D., Viéville, T., & Romero, M. (2019). Computational thinking development and assessment through tabletop escape games.
International Journal of Serious Games, 6(4), 3-18.

37. Pensée informatique et résolution de problèmes
Romero, M. (2019). La programmation n'est pas que technologique. Programmer : une démarche sensible, culturelle et citoyenne
pour résoudre des problèmes Spectre (49).
Solution Solution
Espace-problème
(itération 2)
Espace-problème
(itération 1)
Solution
Espace-problème
(itération 3)