RoboTICE
La Robotique comme Technologie de l'Information et de la Communication pour l'Éducation
RoboTICE

18. April 2011 pellier

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RoboTICE est un projet d'initiative pédagogique porté par D. Pellier et D. Janiszek et financé par l'Université Paris Descartes.

Objectif pédagogique principal

Inspiré des pratiques ayant cours dans d'autres établissements (A l'international : MIT, Université du Kent, Université d'Alberta - En France : Ecole des Mines de Paris, Supelec, INSA, …) , ce projet pédagogique vise à fournir un support attractif pour l’enseignement de l’intelligence artificielle au travers de projets interdisciplinaires et à améliorer la réussite des étudiants en licence et en master. En effet, en impliquant les étudiants dans des projets leur permettant de découvrir les différentes thématiques enseignées en master (qui s'avèrent être peu présentes dans leur cursus de licence), nous souhaitons intéresser les étudiants de licence et les accompagner dans la construction de leur projet de formation afin qu'il leur corresponde au mieux. En outre, il fournira une vitrine pour l’U.F.R. de Mathématiques et d’Informatique et pour l’université Paris Descartes.

Analyse de la situation actuelle et présentation de la problématique

lego1.jpg L’informatique, comme la plupart des disciplines scientifiques, souffre du manque de motivation des jeunes à étudier les sciences. L’intelligence artificielle [1, 7], branche de l’informatique, subit également cette désaffection. En conséquence, il convient de trouver et d’élaborer des parcours pédagogiques plus attractifs et plus adaptés aux étudiants. En outre, l’enseignement de matières scientifiques à forte valeur technologique dans des domaines pointus et innovants exige une remise en cause fréquente de sa forme et de son contenu. Actualiser régulièrement les travaux pratiques et les projets exige normalement des infrastructures lourdes et coûteuses. Ceci n’est pas sans poser un certain nombre de difficultés. Par ailleurs, on constate que les activités en présentiel ne sont plus les seules adaptées à un enseignement moderne de qualité. C'est pourquoi, lorsqu'elle est adaptée, la mise en place de salles de créativité ou de projets doit être plus systématique. Ce point peut pourtant paraître complexe à mettre en œuvre. Cependant, grâce aux Lego Mindstorms, de manière simple et peu onéreuse, un enseignant dispose d'un terreau éducatif fertile. L'expérience montre que les étudiants s'approprient rapidement cet outil car ils en sont familiers et l'aspect ludique de ces produits inspire la facilité (du moins en ce qui concerne l'approche) et souvent, le caractère ingénieux des étudiants se manifeste bien plus tôt qu'avec d'autres types de projets; ce qui facilite leur aboutissement et par conséquent place les étudiants dans une dynamique de réussite.

L'enseignement de l’intelligence artificielle à des étudiants de licence peut poser des difficultés. Etant donné la grande diversité des problématiques qui la compose, il est difficile d'éviter qu'un cours d'introduction ne se transforme en catalogue de techniques. Aussi, une approche orientée projet peut être stimulante pour des étudiants déjà intéressés par cette discipline de l’informatique, car pour la grande majorité d'entre eux, les problématiques de l’intelligence artificielle n'apparaissent que comme un ensemble disjoint de techniques sans lien réel. lego2.jpg Or, trop souvent, au cours du déroulement d'un projet à visée éducative, on se heurte à des petits problèmes basiques et chronophages qui éloignent inutilement l'étudiant de l'objet étudié. Et avec une approche robotique classique, ces difficultés se combinent à celles posées par le matériel électronique.

L'apport des Lego Mindstorms dans cette approche pédagogique est de garder l'intérêt de la robotique tout en s'appuyant sur des modules déjà opérationnels qui permettent d'aller plus loin. En effet, si le système créé ne fonctionne pas, c'est que l'idée implémentée est à revoir, et non le matériel qui pourrait poser problème. Les Lego Mindstorms sont robustes et fiables; les étudiants ont à manipuler des outils dont la prise en main est rapide et dont ils sont familiers : qui n'a jamais joué avec des Lego ? En outre, pour les élèves qui n'auront pas l'occasion d'effectuer des projets complets, et donc d'exprimer leur inventivité, il est envisagé de réaliser des travaux pratiques ponctuels. Certes ils ne pourront pas se consacrer à la conception de systèmes complets, qui requiert un important investissement en temps pour obtenir des résultats intéressants. Mais l'étude et l'optimisation d'un robot mobile déjà existant sont tout aussi passionnantes et riches en apprentissages.

Eléments soulignant le caractère innovant du projet

Bien évidemment, nous ne sommes pas les premiers à vouloir utiliser des Lego Mindstorms dans le cadre de l’apprentissage de l’intelligence artificielle. En 1989, Martin [4] créa le MIT Robot Design Project qui conduira à la publication d’un livre [5]. Les étudiants abordaient les bases de la robotique leur permettant de construire un robot et le cours se terminait par une compétition. En 2001 Yanco [8] adopta la même structure de cours appliqué à des robots ramasseurs de balles. En 1998 Mataric [6] a développé un microcontrôleur capable de fonctionner avec des Lego Mindstorms. Le syllabus de son cours couvre les principaux domaines de l’intelligence artificielle. Une autre introduction à l’intelligence artificielle qui s’appuie sur les Lego Mindstorms est le cours intitulé « Building Intelligent Robots » dispensée par Dean [2].

Quelques personnes ont également proposées des cours sur des domaines très pointus de l’intelligence artificielle. Citons par exemple le cours de Littman [3] qui aborde la problématique de la programmation sous incertitude s’appuyant sur des techniques incluant les processus de décision de Markov totalement ou partiellement observable, les algorithmes d’apprentissage comme les algorithmes d’apprentissage par renforcement ou encore les algorithmes génétiques. Dans ce cours les Lego servent de support d’application des algorithmes présentés. Le cours se termine par un projet qui consiste à réaliser un robot capable de préparer le petit-déjeuner.

Enfin, il convient également de préciser qu'en France certains établissements utilisent aussi ce type de matériel; par exemple, à l’Ecole Nationale Supérieur de Physique de Strasbourg, l’IUT de Bourges, à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, …

Le caractère innovant du projet repose en grande partie sur son contexte d’application. En effet, l’UFR de Mathématiques et d’Informatique et le LIPADE (Laboratoire de Paris Descartes), dont une des spécialités est l’intelligence artificielle, fournissent un terreau propice à la mise en œuvre d’enseignements de qualité et fédérateurs. Les Lego Mindstorms peuvent être utilisés dans les unités d'enseignements ou dans les thématiques suivantes:

  • Traitement d’image appliqué par exemple au suivi vidéo
  • Apprentissage par renforcement
  • Traitement automatique de la parole
  • Planification
  • Logique
  • Agents Intelligents
  • Introduction à l’Intelligence Artificielle
  • Modules de physique en L1.
  • Modules de programmations
  • Projets tutorés niveau licence et master,
  • Traitement du signal.

En outre, l'implication des étudiants dans des projets interdisciplinaires liées aux différentes thématiques qui composent l'intelligence artificielle en leur proposant un support novateur et attractif, devrait permettre aux étudiants licence de mieux préparer leur projet de formation et à ceux de master de percevoir leur formation comme un ensemble cohérent plutôt que comme un ensemble disjoint d'unités d'enseignement. En outre, cet outil peut devenir une vitrine pour l’U.F.R. de Mathématiques et d’Informatique et pour l’université Paris Descartes; par exemple, au travers du site web archivant les projets des étudiants de licence depuis quelques années déjà ou éventuellement à la participation à des challenges nationaux ou internationaux qui permettraient aux étudiants de se confronter à d'autres étudiants de même niveau.

Références