BASES:Cours BASES 2020-21/L'impact de l'immersion sur l'apprentissage dans un contexte de réalité mixte et virtuelle

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Auteur-es : Arthur Deschamps, Marie Guillon, Lylia/Yong Xin Lam

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1 Groupe de travail

  • Groupe : COBALT
  • Axe 2  : Physique/Numérique
  • Thème : La réalité mixte et virtuelle dans l’apprentissage

2 Problématique et questions de recherches

2.1 Problématique

Aujourd'hui, apprendre ne se limite plus à étudier un livre scolaire ou fixer un tableau noir. Avec l’avènement des technologies et leur intégration dans l'éducation et la formation, l’acquisition de nouvelles connaissances prend désormais de nombreuses formes, et ces changements se ressentent également dans l’expérience des apprenants et des enseignants. Cette évolution du numérique et des contextes d’apprentissage mène alors à une diversification des besoins et de l’offre en matière d’éducation.

Parmi les technologies ayant pris de l’importance ces dernières années se trouvent la réalité virtuelle et la réalité mixte. Elles désignent différentes formes d’interactions d’un utilisateur humain avec un univers numérique, situant ainsi ce thème dans un axe d’hybridation entre physique et numérique. Selon les niveaux de virtualité observées, les interactions entre l’utilisateur physique avec l’environnement numérique prennent plus ou moins d’ampleur, et cet aspect influence notamment le ressenti de l’apprenant lors de l’usage d’une telle technologie. Selon son expérience avec celle-ci, l'apprenant peut par exemple atteindre un état d'épanouissement optimal nommé le flow. Enfin, la question de l’immersion dans l’apprentissage en réalité virtuelle et mixte est une thématique importante car elle va de pair avec les progrès technologiques actuels et permet une meilleure compréhension de leur intégration dans l’éducation ainsi que leur bienfaits pour l’apprentissage. Notre travail portera donc sur l'étude de l’immersion dans l’apprentissage à travers l’utilisation de la réalité mixte et virtuelle, deux types de technologies dont le développement a connu de grandes avancées durant ces dernières années.

Question collective: Dans quelles mesures l’immersion favorise-t-elle l’apprentissage dans un contexte de réalité mixte/virtuelle?

2.2 Questions de recherche

Sous-questions Description Dimensions
De quoi parle-t-on lorsque l’on fait référence à la réalité mixte et virtuelle ? Il s’agit pour commencer de définir les concepts liés aux technologies virtuelles. Entre réalité mixte, réalité augmentée et réalité virtuelle, il s'agira d’abord d'établir leurs caractéristiques et différences afin de comprendre par la suite de quelle manière ces types de virtualités affectent l’utilisateur. Technologie
Comment l’immersion dans un contexte de réalité mixte et virtuelle influence-t-elle les apprentissages ? Le ressenti de l’apprenant, dont fait partie l’immersion, est un concept-clé dans l’apprentissage. Nous examinerons la façon dont cet aspect est exprimé dans l’apprentissage, et plus spécifiquement dans un contexte de réalité virtuelle et mixte. Apprentissage
Quel rôle joue l’enseignant dans des dispositifs d’apprentissage par réalité mixte et virtuelle ? Il est non seulement important de considérer l’impact des technologies virtuelles sur l’apprenant, mais également sur l’enseignant. En effet, avec les modalités hybrides apportées par les technologies virtuelles, nous souhaitons examiner le rôle de l’enseignant dans l’usage de ces dispositifs. Enseignement

3 Réponses aux questions de recherche

3.1 La réalité mixte et la réalité virtuelle

De quoi parle-t-on lorsque l’on fait référence à la réalité mixte et virtuelle ?

3.1.1 Introduction

Les termes réalité mixte et réalité virtuelle sont des termes récents qui font l’objet de nombreuses définitions. Parfois défini au sein de la réalité mixte, parfois complètement séparée, la réalité augmentée vient s’ajouter à ces deux termes. Avant de comprendre comment l’immersion et plus spécifiquement le flow peut avoir sa place lors de l’utilisation de ces technologies, il est important de bien les définir et de comprendre où se trouvent les limites de l’une ou l'autre des technologies.

3.1.2 La réalité virtuelle

Figure 1 : Un exemple de casque de réalité virtuelle : l'Oculus Quest 2
Figure 1 : Un exemple de casque de réalité virtuelle : l'Oculus Quest 2

Les prémices de la réalité virtuelle datent des années 1950 avec “le telesphere Mask”, des lunettes inventées par Morton Heilig assez proches des modèles de casques de réalité virtuelle actuels (Bozec, 2017). Depuis, ce terme de réalité virtuelle fait référence à de nombreuses technologies très variées allant du simulateur aux casques de réalité virtuelle en passant par des mondes 3D virtuels générés par ordinateur.

Il est donc difficile de donner une définition unique de la réalité virtuelle. Elle est définie en 1992 par Steuer comme un environnement réel ou non dans lequel le spectateur a le sentiment d’être présent (cité dans Bozec, 2017). Pantelidis (1993) la définit comme un environnement multimédia, interactif, informatisé dans lequel l’utilisateur devient un participant de ce monde virtuel. Deux ans plus tard, Bell et Fogler y voit une interface informatique avec une immersion importante, crédible et qui permet l’interaction dont le but est de faire croire à l’utilisateur qu’il se trouve vraiment dans cet univers virtuel généré par ordinateur. Idéalement, l’utilisateur ne doit pas être capable de déterminer s’il vit une simulation ou la réalité.

De nombreuses autres définitions s’ajouteront à celles-ci avec plus ou moins de similitudes mais aussi de nouveaux aspects. Ainsi, en 2003, Giraldi et al. notent une incohérence dans les définitions de la réalité virtuelle (cité dans Bozec, 2017). Si la notion d’immersion apparaît dans de nombreuses définitions, elle vient parfois à disparaître, au profit d’environnement 3D laissant entrevoir le monde réel. Il y aurait donc, pour la réalité virtuelle, des technologies immersives et d’autres non-immersives. Radianti (2020) tente de les catégoriser bien qu’il note qu’une ambiguïté persiste. La répartition des technologies dans les deux catégories est présentée dans le tableau 2. Les technologies immersives sont principalement des casques de réalité virtuelle haut de gamme (Oculus, Vive) auxquels s’ajoutent des “controllers” pour interagir ou bas de gamme (Samsung gear, Google cardboard). On en trouve un exemple sur la figure 1.

Technologies Immersives Technologies Non-immersives
  • Oculus
  • Vive
  • Samsung gear VR
  • Google cardboard
  • Samsung odyssey
  • 360 degree videos
  • Desktop VR
  • CAVE
  • Panoramic video

Tableau 2 : Liste non-exhaustive des technologies de réalité virtuelle classées selon leur caractère “immersif” ou non.

Dans la suite de cette production, le terme réalité virtuelle ((parfois abrégé RV dans cet article) fera référence à la réalité virtuelle immersive qui répond à un certains nombres de critères définis par Giraldi & al. (2003 cité dans Bozec, 2017).

Finalement, on peut dire que la RV est l’expérience de mettre un utilisateur dans un environnement virtuel généré par un ordinateur. Cet utilisateur aura ainsi l’impression d’être vraiment dans cet environnement et pourra agir sur celui-ci à l’aide de gestes, d’informations motrices. En réponse, le système informatique apportera à l’utilisateur des informations sensorielles (aussi bien visuelles que sonores). A terme, l’utilisateur en oubliera sa présence dans le monde réel. C’est ce qui participe à l’immersion définie plus bas.

3.1.3 La réalité mixte

Notre expérience avec la technologie repose en somme sur les interactions entre 3 éléments : l’être humain, l’ordinateur, et l’environnement. La réalité mixte, elle, se situe au croisement de ces trois facteurs et forme un spectre à mi-chemin entre notre univers physique et le monde virtuel. Dans une réflexion sur les différentes formes de virtualités et leur relation au monde qui nous entoure, Milgram, Takemura, Utsumi et Kishino (1994) évoquent la croisée naissante de l’environnement avec les technologies. La réalité mixte est, selon Milgram, et al. (1994), un continuum qui incorpore non seulement la réalité augmentée, mais également d’autres formes de fusion de la réalité et du numérique telle la virtualité augmentée. Celle-ci, en parallèle à la réalité augmentée, propose l’inclusion d’éléments physiques dans un monde numérique. La réalité mixte accorde une importance particulière à l’expérience sensorielle de l’utilisateur, et fait usage d’outils informatiques pour compléter ou recréer ces sensations. L’une des caractéristiques du continuum de Milgram, et al. (1994) se trouve dans l’assimilation de la réalité augmentée (RA) à la réalité mixte (RM) en tant que sous-catégorie. Cependant, en parallèle aux progrès technologiques, la terminologie est désormais diverse pour exprimer les différentes formes de virtualité, ainsi que les nouvelles définitions qui en découlent.

La réalité augmentée, une technologie en développement depuis le XXème siècle, est aujourd’hui associée à l’affichage d’informations numériques en superposition à la réalité physique, et ce au travers d’un smartphone, tablette, ou lunettes. Il s’agit par exemple du jeu Pokémon Go, qui permet au joueur d’attraper des Pokémon dont les animations s’affichent sur l’écran avec en fond une vision du monde physique, ou encore Google Maps AR, qui permettent d’afficher des indications de navigation en vue réelle. Certains se souviennent également des jeux Kinect sur la Xbox de Microsoft. Il s’agit en somme d’une forme de l’affichage de données numériques superposées au monde physique. Leur projection permet de donner une dimension supplémentaire à certains contenus, telle la AR Sandbox de UC Davis.

En ce qui concerne la réalité mixte, l’un des pionniers modernes de cette technologie est un projet de Windows, HoloLens. Celui-ci montre par exemple un utilisateur imaginant l’intérieur idéal d’un magasin en déplaçant des hologrammes dans l’espace réel de l’établissement, auparavant scanné par la machine à l’aide de capteurs. Dans ce même espace, cet utilisateur peut interagir avec un utilisateur numérique dont le corps est entièrement virtuel. Les interactions sont au cœur de cette technologie hybride. Au-delà d’une superposition, les éléments virtuels sont fusionnés à la réalité physique. Ainsi, l’utilisateur devient capable d'interagir soit directement, soit indirectement, sur l’élément virtuel à l’aide de son corps ou d’un objet physique; cette nouvelle forme de présence suscite alors de nouvelles interrogations au niveau de l’immersion.

3.1.4 Bilan

La réalité, la réalité augmentée, la réalité mixte et la réalité virtuelle pourraient donc être placées sur une même ligne : un continuum entre la réalité et la virtualité. C’est ce que proposent Milgram, Takemura, Utsumi et Kishino (1994) avec le schéma présenté sur la figure 6.

Figure 6 : Continuum "Réalité-Virtualité" développé par Milgram, Takemura, Utsumi et Kishino en 1994 lu dans Bozec (2017).

La réalité virtuelle se trouve donc dans un environnement complètement virtuel, elle est l’extrême de la virtualité alors que la réalité mixte qui comprend la réalité augmentée se situe à la jonction du réel et du virtuel. Ces deux types de technologies ne peuvent donc pas avoir les mêmes utilisations et les mêmes impacts sur l’apprentissage. Elles n’offrent pas non plus la même immersion.

3.2 L’immersion et la virtualité : leur impact sur les apprentissages

Cette première question met en relief un concept clé dans les technologies présentées : la notion d'immersion. Bien qu'elle se retrouve sous des formes différentes, elle semble centrale dans l'utilisation de l'une ou l'autre des technologie. Nous essaierons donc d'abord de définir l'immersion et d'appliquer cette définition à ces technologies. Nous verrons ensuite que l'immersion peut transporté l'utilisateur dans un état bien particulier : le flow que nous définirons. Enfin, nous essaierons de comprendre les bénéfices que cette immersion, et cet état de flow, peuvent avoir sur l'apprentissage. Ces trois parties devraient nous permettre de répondre à la question suivante : Comment l’immersion dans un contexte de réalité mixte et virtuelle influence-t-elle les apprentissages ?

3.2.1 Définition de l’immersion

Dans le cadre de la réalité virtuelle, l’immersion peut être définie comme une “expérience d’utilisation d’une technologie immersive qui échange des informations sensorielles du monde réel (input) avec des informations sensorielles générées digitalement (output).” (Jensen, 2018). Mais plusieurs chercheurs notent deux manières différentes de définir la notion d’immersion (Burkhardt, 2003 cité dans Bozec, 2017 et Radianti et al., 2020). D’un côté, l’immersion serait une notion objective définie par la technologie elle-même. Ce serait une donnée mesurable qui prend en compte le degré d’exclusion de la réalité, la gamme des modalités sensorielles, la taille de l’environnement alentour, la résolution et la précision du dispositif. De l’autre, l’immersion serait une notion subjective basée sur le ressenti de l’utilisateur. Elle correspondrait à l’état psychologique dans lequel l’utilisateur perçoit une isolement du monde réel. Le degré d’immersion pourrait alors varier d’un individu à l’autre. Il est important de comprendre que dans cette définition, un environnement immersif il y a vingt ans ne le serait plus aujourd’hui, les capacités des technologies ayant évoluées de même que l’exigence de l’utilisateur.

La notion d’immersion possède une définition légèrement nuancée en ce qui concerne la réalité mixte. En effet, par sa nature hybride, la relation entre l’utilisateur et le monde, aussi bien physique que virtuel, est à considérer sous différentes modalités. Lors de l’utilisation d’une technologie de réalité mixte, l’utilisateur n’est pas isolé du monde physique; au contraire, il a besoin de son corps-même pour en faire l’expérience. L’apprenant est ainsi conscient de la frontière entre le monde réel et le monde virtuel. En envisageant l’immersion sous les deux angles mentionnés: l’immersion sensorielle, qui se réfère au caractère immersif de la technologie, et l’immersion cognitive, qui désignerait l’état mental de l’apprenant, on peut mieux rendre les caractéristiques de l’immersion en réalité mixte. En effet, l’aspect cognitif met le ressenti de l’apprenant dans l’environnement en tant que critère central d’immersion. Cette perception subjective est à relier à la notion d’attention car en réalité mixte, l’attention de l’apprenant bascule constamment entre les éléments physiques et virtuels. Ce phénomène définit alors par extension le niveau d’immersion de l’apprenant (Bourassa, 2014).

L’immersion est souvent associée à deux autres notions fondamentales : la présence et l’interactivité. La présence est notamment définie par Jensen (2018) et Radianti (2020) comme étant une réaction à un environnement virtuel où l’on fait l’expérience (notre cerveau et notre système nerveux) d’être dans cet environnement comme si nous étions dans un environnement réel. Selon Bourassa (2014), la présence en réalité mixte renvoie à une sensation similaire; elle est désignée par “l’intensité de l’expérience vécue ou à l’immersion optimale dans l’expérience médiatisée par le dispositif technologique”. Enfin, l’interactivité est le degré auquel l’utilisateur peut modifier l’environnement en temps réel. Il utilise pour cela des interfaces sensorielles et motrices (Bozec, 2017 et Jensen, 2018). On peut citer différentes catégories d’interactions telles que la navigation, la sélection, la manipulation ou le contrôle d’application (via des menus). Cette interactivité se retrouve aussi bien en réalité virtuelle qu’en réalité mixte même si elle peut se manifester différemment : via des contrôleurs pour la RV via des objets physiques à manipuler ou des applications en RM.

3.2.2 Flow, immersion et apprentissage

L’expérience de flow est décrite par de nombreuses personnes comme un « des meilleurs moments de leur vie » au cours duquel les actions se déroulent avec une extraordinaire impression de fluidité, en ayant le sentiment d’être très à l’aise, sans avoir l’impression de devoir faire un effort pénible. Jean Heutte (2014) lui, nous définit le concept de « flow » comme « un état d’épanouissement lié à une profonde implication et au sentiment d’absorption que les personnes ressentent lorsqu’elles sont confrontées à des tâches dont les exigences sont élevées et qu’elles perçoivent que leurs compétences leur permettent de relever ces défis ». Le flow est décrit comme une expérience optimale au cours de laquelle les personnes sont profondément motivées à persister dans leurs activités.

De ce fait, est ce que le Flow, n'est pas intrinsèquement lié (et n'est donc pas une condition indispensable) à l'immersion, justement, dans le contexte d’un dispositif d'apprentissage utilisant la réalité mixte et/ou virtuelle ?

Jean Heutte (2012) apporte un élément de réponse à ce questionnement : « Au-delà du plaisir lié à l'activité et de la persistance liée à l'intérêt intrinsèque pour l'activité, immersion totale dans l'activité est un aspect central de l'expérience de Flow ». Il nous précise que, s'inspirant de la théorie du Flow, Agarwal et Karahanna (2000) ont ainsi définit le concept d’absorption cognitive (AC) pour qualifier l’immersion dans les contextes d’usage d’interfaces électroniques, tel que peuvent être donc, les dispositifs d'apprentissage utilisant la réalité mixte et/ou virtuelle.

Jean Heutte estime que l'absorption cognitive correspond à un profond état d'engagement lié à un épisode d'attention totale, qui absorbe (focalise) entièrement les ressources cognitives au point que plus rien d'autre n'apporte que de comprendre. Nous mesurons donc ainsi l'enjeu majeur qu'il semble y avoir entre la théorie du Flow (servant de base à l’élaboration du concept d’absorption cognitive qualifiant l'immersion dans les contextes d'usage d'interfaces électroniques) et la compréhension, condition sine qua non pour un apprentissage efficace. L’AC est l’une des variables fondamentales du rapport au savoir, de la motivation à apprendre et surtout de la persistance à vouloir comprendre (Heutte, 2012).

Moneta et Csikszentmihalyi (1996) mettent en évidence que l’échec ou la réussite tiennent à peu de choses (incertitude/risque), cependant compte tenu de l’équilibre optimal entre le défi et ses compétences, ainsi que de son expérience, l’apprenant perçoit progressivement que l’objectif est probablement accessible. Ainsi, au cours d’une phase d’apprentissage, au fur et à mesure que le sujet apprenant s’aperçoit qu’il progresse dans la compréhension de ce qu’il souhaitait étudier, ce sentiment le portera et le poussera à s’appliquer de plus en plus, en lui procurant un tel bien-être, qu’il souhaitera que cette expérience (émotion liée à la perception de cette progression) se prolonge. C’est d’ailleurs pour continuer à ressentir le flow qu’il persistera dans l’apprentissage, y compris parfois en se fixant lui-même de nouveaux objectifs : faire plus vite ou faire mieux, par exemple en optimisant ses actions ou les ressources à sa disposition (Heutte, 2017).

Molinari et al. (2016) souligne qu’il y a un lien clair entre les émotions et le Flow dans un contexte d’apprentissage et nous précise que, Fredricks et al. (2004) font un rapprochement entre l’engagement émotionnel et le flow en indiquant que le flow correspond à un « degré élevé d’engagement ou d’investissement émotionnel ». Le flow (Csikszentmihalyi, 1990, 2014) correspond à un état psychologique et physiologique (émotion) caractérisé par un sentiment de fluidité mentale lié à une concentration intense (engagement volontaire) dans une activité.

3.2.3 Les bénéfices de l’immersion pour l’apprentissage grâce à la réalité mixte et virtuelle

3.2.3.1 La réalité virtuelle

Plusieurs études ont été menées pour étudier l’impact de l’immersion sur la réalisation de tâches. En 2005, Narayan et son équipe ont mené une étude utilisant 2 types de technologies de réalité virtuelle : une CAVE (réalité virtuelle considérée comme non-immersive) et un casque de réalité virtuelle. Deux participants étaient amenés à collaborer pour résoudre une tâche : faire passer une tige en métal en forme de U au sein d’un anneau. Les résultats montrent que si l’utilisation de l’une ou l’autre des technologies n’a pas d’impact significatif sur la performance, l’augmentation de l’immersion par l’utilisation de son stéréo par exemple est très importante pour augmenter la collaboration et avoir une meilleure réussite sur cette tâche (Narayan et al., 2005).

Pourquoi et comment l’immersion a-t-elle un bénéfice sur les apprentissages ?

L’immersion, impliquant une action de l’apprenant et une expérimentation personnelle des phénomènes étudiés, est perçue comme créateur de motivation pour Dede (1996 cité dans Bozec, 2017) mais outre cet aspect motivationnel important de la réalité virtuelle, l’immersion proposée par le dispositif a de nombreux avantages. Les points de vue adoptés et les perspectives possibles pour étudier un objet, un lieu ou encore un phénomène permettent de visualiser des choses qui seraient impossibles à voir autrement et qu’une simple image ou un texte ne peut représenter (Pantelidis, 2009). Cela permet notamment de travailler sur des situations dangereuses ou peu éthiques et d’en vivre les conséquences directement (Jensen et al., 2018). Il apparaît également que l’immersion et l’interactivité proposées par la réalité virtuelle créent des expériences individuelles et multisensorielles. Cela permet de toucher des apprenants de différents types : actifs, visuels, inductifs et globaux (Bozec, 2017). Chacun pourra faire cette expérience d’apprentissage à son propre rythme (Pantelidis, 2009). On peut aussi noter que l’immersion permettrait aux apprenants d’avoir une meilleure confiance en leurs capacités. En occultant la réalité, l’apprenant en oublie ses performances habituelles et libère son véritable potentiel (Bozec, 2017). Enfin, l’immersion, associée à l’interactivité, dans la réalité virtuelle permettent une meilleure mémorisation (Krokos et al., 2016).

3.2.3.2 La réalité mixte

L’importance du contexte et du contenu, au-delà de l’environnement numérique, est donc à prendre en considération pour examiner l’impact de l’immersion de la réalité mixte. Leur qualité renforce l’immersion cognitive de l’apprenant et par ce moyen améliore l’apprentissage. Kim (2013) note ainsi des avantages de la couche d’informations supplémentaires offertes par la réalité augmentée: il suggère une connexion à l’intelligence collective (ex. le web) à travers les connaissances elles-mêmes, et leur alimentation grâce aux différents utilisateurs. Cela forme un soutien à l’apprenant grâce au savoir supplémentaire en superposition à l’élément réel, et accentue les possibilités de l’apprentissage collaboratif.

Selon Hu et al. (2016) , les gestes physiques et l’engagement cognitif conduisent à l’immersion dans la réalité mixte. L’immersion proposée par la réalité mixte, soit une conscience et une attention projetée sur le plan physique et virtuel offrent plusieurs avantages pour l’apprentissage. Elle permet un environnement à la fois authentique et malléable. L’apprenant est en interaction partielle avec son environnement physique, ce qui permet une sensation de réalisme et d’ancrage, tout en possédant des possibilités uniques à la virtualité telle la manipulation aisée d’éléments ou leur découpe 3D. En termes d’apprentissage dans le domaine des soins, des gestes précis et techniques peuvent être reproduits à l’aide de la réalité mixte.

Que ce soit en réalité augmentée ou mixte, les apprenants rapportent un avantage non négligeable: l’aspect “réel”, “physique” et surtout “actif” de leur utilisation dans un environnement immersif. Bouger l’écran de smartphone pour découvrir des informations supplémentaires, déplacer des objets et effectuer des mouvements réalistes...Des élèves d’architecture peuvent ainsi facilement travailler en collaboration, en face-à-face et en temps réel sur des plans 3D de bâtiments qui peuvent être remodelés à l’infini. Le potentiel de l’apprentissage collaboratif est présent car plusieurs apprenants peuvent utiliser ou observer à la fois un dispositif de réalité mixte. Les échanges entre apprenants sont ainsi encouragés (Tolentino et Birchfield, 2009). La motivation, que ce soit dans une classe traditionnelle ou numérique, est améliorée par la présence spatiale, la présence sociale, l’authenticité, l’engagement et l’émotivité. La réalité mixte permet d’allier nombre de ces facteurs en les combinant avec les possibilités technologiques.

3.2.3.3 Bilan

En conclusion, la réalité virtuelle et la réalité mixte apparaissent comme de bons moyens d'obtenir un apprentissage efficace. En effet, l’expérimentation directe de l’utilisateur, avec ces deux technologies, permet à l’utilisateur de “vivre” les savoirs et de mieux les appréhender, les comprendre et les retenir. L’aspect motivationnel est aussi très important dans les deux cas. Il faut cependant noter une différence lors de l’utilisation de l’une ou l’autre des technologies : d’un côté la séparation au monde réel permet une amélioration de la confiance en soi et de meilleures performances, de l’autre, la manipulation d’objets réels et physiques est un atout pour l’apprentissage.

3.3 Le rôle de l'enseignant

3.3.1 Quel rôle joue l’enseignant dans des dispositifs d’apprentissage par réalité mixte et virtuelle ?

Nous imaginons que le rôle de l'enseignant dans des dispositifs d'apprentissage en réalité mixte et virtuelle va être lié à l'encadrement et l'accompagnement à l'utilisation d'outils utilisant ces technologies, il jouera ainsi un rôle central dans l'adhésion des apprenants à l'utilisation de tels dispositifs d'apprentissage.

L'encadrement pour l'utilisation de tels outils est essentiel. Tant pour l'enseignant que pour les apprenants. En effet, ces dispositifs d'apprentissage doivent s'inscrire dans un scénario pédagogique pertinent et doivent faire sens pour l'enseignant qui soutiendrait cette utilisation cela dans le but d'atteindre les objectifs d'apprentissage qui sont visés dans le scénario pédagogique. Nous pouvons imaginer que si l'enseignant n'adhère pas à l'utilisation de ce dispositif digital ou qu'il ne fait pas sens pour lui dans le scénario pédagogique, il ne fera pas sens non plus aux apprenants qui risquent de difficilement adhérer à l'utilisation de tels dispositifs d'apprentissage.

L'encadrement c'est aussi définir le cadre dans lequel l'activité d'utilisation des dispositifs se déroule, tant sur le plan spatial que temporel mais aussi sur le plan technique Si le cadre est clair cela favorise l'immersion et l'apprentissage pour l'apprenant qui ne doit pas se soucier de ces aspects propre à celui qui propose la formation. Nous pouvons imaginer que de tels dispositifs et le matériel utilisé nécessitent un espace dédié sur le lieu de formation, afin qu'il puisse être accessible par tous lors de moments et séances de formation dédiées, l’enseignant doit être garant de ce cadre. La dimension technique est évidemment une composante importante de l'encadrement pour la bonne utilisation de ces dispositifs, l’enseignant doit être en mesure de maîtriser ces outils évidemment, mais aussi prévenir, et le cas échéant résoudre, les problèmes techniques perturbant l’expérience, l'immersion (centrale pour de tels dispositifs) et donc l'apprentissage de l'apprenant.

Concernant l'accompagnement, Molinari et Avry (2020) citant Paquette et al. (1997), nous indique que le scénario d'accompagnement se rattache principalement aux dimensions cognitives et métacognitives de l'apprentissage et organise les actions à mener pour aider les apprenants à :

  • Comprendre la façon dont le contenu à apprendre est structuré ; nous pouvons facilement imaginer que ce point puisse être crucial dans notre dispositif d'apprentissage par réalité mixte et virtuelle, immergé dans un monde virtuel où l'apprenant devra être guidé et informé sur le contenu à l'intérieur de celui-ci.
  • Relier ses connaissances antérieures au contenu à apprendre ; ici également nous pourrons imaginer comment lier les connaissances de l'apprenant aux connaissances intégrées et présentes au sein du dispositif afin d’en renforcer le sens et l’adhésion.
  • Activer des stratégies cognitives et d'autorégulation ; il faudra adapter les stratégies cognitives à mettre en place dans un univers de réalité mixte ou virtuelle, certaines seront probablement identiques à un contexte d'apprentissage classique, d'autres probablement différentes, idem pour les stratégies d'autorégulation.

Le soutien d'accompagnement s'opère non seulement sur le plan cognitif mais également sur les plans affectif et régulatif (Bruner, 1977) :

  • Le soutien affectif dans le cadre de notre dispositif serait « d'engager l'intérêt et l'adhésion envers les exigences de la tâche » qui serait nombreuse de par la dimension technique et très certainement nouvelle pour la plupart des apprenants. Ce qui en fait un point crucial et un enjeu majeur pour un accompagnement de qualité. Il faudrait également « contrôler la frustration et réguler les émotions négatives », une nouvelle fois c'est un point tout à fait pertinent et sensible dans le cadre de l'utilisation de notre dispositif, de par sa nouveauté et les particularités techniques et organisationnelles de celui-ci.
  • Le soutien cognitif consiste à « simplifier la tâche en réduisant le nombre d'actions requises pour résoudre le problème », comme imaginer plus haut, l'enseignant devra être garant de la bonne utilisation du dispositif, également dans la résolution de problèmes, cela afin de ne pas perturber l'expérience et l'immersion de l'apprenants. Ce soutien cognitif consiste également à « démontrer ou présenter des modèles de solutions pour une tâche », ce qui est de nouveau pertinent dans le cadre de notre dispositif de par sa nouveauté et potentielle complexité d'utilisation, l'idée d'une démonstration et d'exemples d'utilisation seraient des atouts pour favoriser l’adhésion et l’apprentissage.
  • Le soutien régulatif, lui consisterait à aider l'apprenant « dans la définition et la hiérarchisation des buts », dans le cadre de l'utilisation de notre dispositif, il est essentiel de définir comment exécuter les tâches et dans quel ordre afin de ne pas ajouter de la complexité inutile supplémentaire. Il faudrait « maintenir l’apprenant à la poursuite d’un objectif défini », cela paraît important surtout dans ce dispositif, que les objectifs soient clairs et accessibles facilement afin qu’il puisse aussi se concentrer sur son expérience et ce qu’elle lui apporte et ainsi ne pas se disperser. Enfin ce soutien régulatif consiste à « signaler par de multiples moyens les caractéristiques de la tâche qui sont pertinentes pour son exécution », surtout dans ce type de dispositif d’apprentissage il faudra imaginer intégrer de manière optimale des éléments pertinents à l’exécution des tâches qui seront très spécifiques justement dans le dispositif d’apprentissage par réalité mixte et virtuelle.

Dans cet accompagnement il ne faut pas négliger la dimension émotionnelle, dans le cadre du soutien socio-affectif qui « peut consister à attirer l’attention de l’apprenant sur les émotions qu’il éprouve pendant l’activité d’apprentissage et à l’aider à les contrôler » (Molinari et Avry, 2020 citant Deschêne et Lebel, 1994). En effet les émotions, déjà présentes dans un dispositif « classique » de formation, seront certainement d’autant plus présentes et/ou amplifiées avec l’utilisation d’un dispositif d’apprentissage par réalité mixte et virtuelle, il y a encore une fois, selon nous un enjeux majeur autours de point.

Enfin, nous pourrions imaginer le rôle d'accompagnement de l'enseignant directement implémenté au sein du dispositif d'apprentissage par réalité mixte virtuelle, par exemple dans le cadre du soutien régulatif l'enseignant pourrait guider l'apprenant à l’aide d'une « voix off » au sein même de l'environnement virtuel, ou encore imaginer une représentation miniature du professeur dans le champ visuel de l'apprenants le guidant pour les buts à atteindre mais aussi en maintenant son attention pour l'atteinte d'éventuels objectifs et lui proposer une aide s'il le souhaite pour exécuter l'une des tâches proposées au sein du dispositif.

3.3.2 Applications à la réalité mixte et virtuelle

3.3.2.1 Réalité virtuelle

Lors de l’utilisation de la réalité virtuelle, la présence de l’enseignant peut se faire de deux manières. L’utilisation de la RV peut être d’une très courte durée, simplement pour expérimenter une notion ou découvrir un mécanisme par exemple (Bozec, 2017). Dans ce cas, l’enseignant n’a pas besoin d’intervenir dans la réalité virtuelle et son rôle se limite à vérifier la bonne utilisation du casque et à gérer le reste du groupe. Il est en effet important de noter qu'il est peu probable aujourd’hui qu’il puisse y avoir un casque de réalité virtuelle par élève au sein d’une salle de classe car ce matériel reste encore très coûteux (Bozec, 2017, Pantelidis, 2009). D’un autre côté, il est aussi possible d’imaginer qu’un enseignant puisse donner l’intégralité de son cours dans un monde virtuel créé spécifiquement. Il incarne alors un avatar à l’intérieur de l’environnement virtuel. Une étude a été menée pour comprendre les changements qui s’opéraient dans les relations sociales, notamment dans les relations enseignant-élèves, lors de l’utilisation de la réalité virtuelle (Bailenson, 2008). Trois expériences ont permis de déterminer que lorsque l’enseignant avait une perception sociale augmentée, c'est-à-dire lorsqu’il avait des avertissements visuels lorsque les élèves n’avaient pas eu de regard de sa part depuis un certain temps, la distribution du regard était meilleure et l’implication des élèves dans les tâches plus importantes. Il apparaît aussi que la cassure des règles de proximité spatiale qui existent permet de mettre tous les apprenants au centre du champ de vision de l’enseignant et d’améliorer l’apprentissage.  La dernière expérience concerne, quant à elle, les relations entre les élèves.

Mais le rôle de l’enseignant ne se limite pas à animer ses séances devant les élèves. La préparation de son scénario d’apprentissage est tout aussi importante. Plusieurs conseils doivent être pris en compte pour élaborer des séquences d’apprentissage efficaces. Ces recommandations sont issues de différentes études réalisées par Lok (2006), Dede (1996), Bell et Folger (1995) et Huang et son équipe (2010). On retrouve par exemple :

  • Utiliser plutôt une voix réelle qu’une voix synthétique,
  • Utiliser des commandes multimodales aussi bien via les gestes que la voix avec un contrôle virtuel ou physique,
  • Eviter de mettre des textes à lire pour donner des informations car cela pourrait ne pas être facile à lire selon le point de vue et casse l’immersion ou alors le texte doit être présenté sur un objet virtuel (une tablette, une lettre …) qui fait sens dans le contexte,
  • Pour le déplacement, proposer la téléportation entre différents endroits  ou donner des indications visuelles aidant l’apprenant à se repérer car il peut être difficile de s’orienter dans l’environnement virtuel.
  • Préférer l’utilisation d’un joystick (ou de périphériques spécifiques) plutôt que le clavier lors de l’utilisation d’un casque de RV.

Mais il apparaît très vite une limite technique à l’élaboration de ces séquences. En effet, le niveau technique requis pour utiliser ces technologies est plutôt élevé (bien que le matériel plus récent soit plus facile d’utilisation). Ainsi, sans formation adaptée, les enseignants n’ont souvent pas les compétences requises pour l’utilisation de la RV et cela demande du temps de tous les former (Jensen, 2017 et Pantelidis, 2009).

3.3.2.2 Réalité mixte
Figure 7 : SMALLab in the mixed-reality science classroom (Tolentino et Birchfield, 2009)

En raison du champ large d’application de la réalité mixte, il est difficile de définir un rôle spécifique de l’enseignant lors de son utilisation. La RM présente des interactions complexes du plan spatial physique et numérique; il y aurait donc théoriquement deux positionnements possibles pour l’enseignant à cet égard. Ce tutorat humain pourrait se placer soit sur le plan physique, soit sur le plan virtuel. L’une des problématiques au cœur de l’usage de la RM pour l’apprentissage consiste à déterminer le positionnement optimal de l’enseignant.

Selon la technologie employée, il peut notamment encadrer l’apprenant de manière directe, en face à face. A titre d’exemple, la réalité augmentée est utilisable dans un contexte similaire à n’importe quel autre outil ancré dans l’espace “physique” (Tolentino et Birchfield, 2009). Dans l’usage de dispositifs fusionnant les plans physiques et virtuels en revanche, tels les lunettes HoloLens de Microsoft, la du rôle de l’enseignant reste en suspens en raison du caractère récent de ces technologies. Alors que leur plus-values sont testées par exemple au niveau de la représentation de modèles, le tutorat est encore peu exploré lors de leur usage. L’enseignant devrait-il apporter un soutien à l'apprentissage sous la forme d’un avatar, d’une représentation fidèle, entière, ou partielle? Il a été étudié que dans la transmission de gestes, les apprenants préféraient pouvoir observer une forme concrète de l’enseignant dans son environnement spatial, c’est pourquoi on pourrait par exemple exclure l’hypothèse d’un tutorat uniquement vocal (Nawadah et Inoue, 2013).

On pourrait estimer qu’une partie du tutorat, tel le feedback ou l’évaluation, pourrait prendre effet directement à l’aide du dispositif de réalité mixte. Cependant, une part essentielle incombe à l’enseignant: la scénarisation. Tout comme pour la réalité virtuelle, l’un des défis du travail de scénarisation pédagogique relève de la complexité des technologies utilisées. Selon Birchfield et Megowan-Romanowicz (2009), il est important que l’enseignant prenne part à la conception pédagogique et scénaristique en parallèle avec des concepteurs et chercheurs, car ces derniers permettent de pallier le côté technique et complexe des technologies virtuelles. Cette étape supplémentaire demande un effort auprès des différents milieux concernés et lors de leur introduction auprès des élèves, mais une fois le temps d’adaptation passé, les outils virtuels offrent de nombreuses nouvelles possibilités non négligeables dans l’éducation, avec des bienfaits à la fois pour les apprenants et les enseignants.

4 Discussion

Nous avons essayé de répondre à la question “Dans quelles mesures l’immersion apportée par la réalité mixte ou la réalité virtuelle favorise-t-elle l’apprentissage ?”.

Ces deux technologies se situent dans un continuum entre la réalité et la virtualité: la réalité mixte se trouve au croisement de ces deux notions alors que la réalité virtuelle se réfère plutôt à la notion de virtualité totale. Cependant, les définitions de ces technologies ne sont pas encore complètement figées et peuvent correspondre à de nombreux dispositifs. Dans le cadre de ce travail, nous avons donc considéré que la réalité mixte correspondait à l’inclusion dans le monde réel d’éléments virtuels alors que la réalité virtuelle immerge complètement l’utilisateur dans un monde généré par ordinateur sans contact avec l’extérieur. De ce point de vue, la RV apporte donc une immersion complète à l’utilisateur ce qui peut limiter le sentiment de présence du joueur et l'interactivité proposées. De son côté, la RM n’empêche pas l’immersion pour autant puisque cette dernière peut être définie comme un état cognitif et mental atteint par l’utilisateur dans de nombreuses situations. Ainsi, malgré une barrière entre le réel et le virtuel plus fine qu’avec la RV, la RM, bien utilisée, peut permettre à l’utilisateur de vivre une immersion forte. Bien utilisées, ces technologies permettent à l’utilisateur d’atteindre un état de Flow qui correspond à une immersion totale d’un utilisateur dans son activité et qui peut être atteint lorsque l’effort nécessaire pour atteindre l’objectif est juste assez important pour susciter l’intérêt de l’utilisateur mais pas trop difficile pour ne pas le décourager. L’atteinte de cet état ne demande pas nécessairement une immersion dans un monde virtuel. Il concerne le jeu vidéo mais également des domaines tels que la musique ou le sport.

Cette immersion et l’atteinte du flow, lors de l’utilisation de ces technologies, ont des impacts positifs importants sur les apprentissages : motivation, concentration et confiance en soi sont ainsi décuplées. Elles permettent aussi de faire des expériences autrement impossibles. La RV et la RM peuvent aussi permettre d’offrir un soutien aussi bien affectif, cognitif et régulatif. Cela demande cependant une implication de l’enseignant dans la préparation de son scénario pédagogique mais aussi dans la conduite de la séance avec les élèves notamment pour l’accompagnement et l’encadrement de ceux-ci. L’enseignant doit donc prendre en compte les besoins aussi bien cognitifs, affectifs et de régulation des apprenants pour mener ses séances.

La RV et la RM sont encore peu utilisées dans l'éducation primaire et secondaire. Elles font doucement leur place dans le supérieur ou dans les formations pour adultes. On trouve une utilisation de ces technologies dans des domaines tels que la médecine et l'anatomie, l'étude des catastrophes naturelles, l'histoire, la biologie marine, les mathématiques, la physique, la chimie et de manière plus globale l'étude du monde qui nous entoure (Rogers, 2019). En réalité mixte, on pourrait ajouter une utilisation en architecture par exemple, grâce à la nouvelle dimension qu'apporte la RM. Il n'est pas encore envisagé que les enseignants puissent eux-mêmes créer leurs propres applications de RV ou de RM, il leur faut pour l'instant sélectionner une application existante qui lui permette d'atteindre l'objectif pédagogique fixé. En effet, il n'existe pas à ce jour des logiciels permettant une programmation facile et rapide de jeux ou applications en RV et en RM. Cela demande des compétences de programmation importantes; la collaboration avec des chercheurs et développeurs de ces technologies est pour l'instant essentielle.

Même si l'immersion et la facilitation de l'atteinte de l'état de flow qu'apportent ces technologies est un avantage intéressant, il convient pour l'enseignant de se poser les bonnes questions pour déterminer si il doit ou non utiliser ces technologies. Veronica Pantelidis a pour cela créé un diagramme de détermination de l'utilisation de la réalité virtuelle (2009) présenté dans la figure 8 ci-dessous. Ce diagramme peut être étendu à l'utilisation de la réalité mixte. Les cadres bleus correspondent au choix de la technologie utilisé et peuvent être utilisés par tous les enseignants. Le cadre jaune est optionnel et correspond au développement d'une application immersive utilisant ces technologies.

Modèle de détermination de l'utilisation de la RV et la RM
Figure 8 : Modèle pour déterminer quand utiliser des technologies immersives comme la réalité virtuelle ou la réalité mixte. (adapté de Pantelidis, 2009)

Quel que soit le choix de la technologie et de l'application fait par l'enseignant, il est important de noter que son utilisation en classe avec des élèves peut être laborieuse autant pour les élèves que pour l'enseignant, qui n'auraient pas assez de compétences pour régler les problèmes informatiques et techniques rencontrés - à l'instar du déploiement des ordinateurs dans les établissements scolaires dans les années 90. Il serait vraiment intéressant de développer des formations d'utilisation de ces technologies pour les enseignants afin de faciliter l'introduction de ces technologies. Un autre frein que peuvent rencontrer les enseignants est le budget nécessaire. Ces technologies récentes sont encore coûteuses et l'investissement de départ pourrait ajouter de la difficulté à leur intégration. Finalement, malgré ces freins, les possibilités et les plus-values de la réalité mixte et virtuelle sont de réels atouts pour certains types de formation, c'est pourquoi le suivi de leur évolution reste une stratégie recommandée pour l'avenir de l'éducation.

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