BASES:Cours BASES 2020-21/Quels sont les enjeux de la réalité mixte dans l'apprentissage et l’éducation ?

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Auteur-e : Yong Xin Lylia Lam

1 Mon groupe de travail

Groupe Cobalt

  • Membres : BAYS Gregory Yorick - DESCHAMPS Arthur - GUILLON Marie – LAM Yong Xin/Lylia
  • Axe : Axe 2 Physique/Numérique
  • Sujet : "Le flow dans les situations d'apprentissage par réalité mixte et virtuelle"

2 Problématique et questions de recherches

2.1 Problématique

Le thème traité par notre groupe (Cobalt) se porte sur le flow dans les situations d’apprentissage par réalité mixte et virtuelle. Il se situe dans l’axe physique/numérique. Chaque membre travaillera sur une thématique différente et complémentaire de ce sujet ; deux personnes s’occuperont ainsi des aspects du « flow », et deux autres personnes examineront les facteurs liés à l’apprentissage. Dans cette fiche, je vais étudier les enjeux de la réalité mixte dans l'apprentissage et l'éducation. Cette question de recherche complète celle de Marie, qui travaille sur la réalité virtuelle. Pour ce qu’il s’agit de l’hybridation, la réalité mixte, en raison de ses caractéristiques que je vais développer plus bas, s’inscrit parfaitement entre l'axe « physique » et l'axe « numérique ». En effet, elle désigne notamment l’usage par l’humain d’artefacts physiques en interaction avec un univers numérique/virtuel. C’est une thématique dont l’importance va de pair avec les progrès technologiques actuels et une meilleure compréhension de leur intégration dans des espaces d’enseignement et d’apprentissage.

2.2 Questions de recherche

2.2.1 Question de recherche

Quels sont les enjeux de la réalité mixte dans l'apprentissage et l’éducation ?

2.2.2 Sous-questions à explorer

Sous-questions Description Dimensions (Edtech)
Qu’est-ce que la réalité mixte ? Aspect « Quoi ? », Les différents termes entre virtualité, physique, numérique, mixte peuvent porter à confusion, il est donc nécessaire de revenir sur la définition de la réalité mixte et ce qu’elle englobe. Technologies
Comment intégrer la réalité mixte dans l’enseignement ? Aspect « Comment ? », Comment la réalité mixte est-elle utilisée dans l’enseignement, et quel est son potentiel ? Enseignement
Quels sont les plus-values et les freins d’usage de la réalité mixte dans l’apprentissage ? Aspect « Pourquoi ? », En quoi consiste l’expérience avec l’utilisation de la réalité mixte ? Quels sont les points positifs et négatifs de cette utilisation ? Apprentissage

3 Réponses aux questions de recherche

3.1 Qu’est-ce que la réalité mixte ?

La réalité mixte, définition et terminologie
Notre expérience avec la technologie repose sur des interactions entre 3 éléments : l’être humain, l’ordinateur, et l’environnement. Les différents types d’interactions possibles produisent des croisements qui expriment un certain état. Ainsi, les interactions entre l’homme et l’environnement désignent notre réalité physique telle que nous la connaissons, et nous sommes également habitués à des interactions homme-machine dans notre quotidien. 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.

La terminologie est diverse pour exprimer les différentes formes de virtualité. Il s’agit donc d’abord de différencier la réalité mixte (RM) de la réalité virtuelle (RV) et la réalité augmentée (RA), par exemple. La réalité virtuelle permet une immersion complète de l’utilisateur dans un monde virtuel à l’aide d’un casque de VR. La réalité augmentée et la réalité mixte, dans l’usage courant des termes, sont proches ; cette dernière est souvent désignée comme une forme évoluée de la réalité augmentée, outre sa définition de spectre de virtualité. La réalité augmentée est 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 navigations en vue réelle.

Le continuum réalité-virtualité tel que décrit par Milgram (1994). Les expressions « réalité augmentée » et « virtualité augmentée » ont vu le jour dans les années 1990 (Anastassova 2007).

La réalité mixte est, selon Milgram, Takemura, Utsumi and Kishino (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. Ainsi, l’un des projets de Windows, HoloLens, montre 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.

Une étude par Ines et Abdelkader (2010) se porte sur la RM en tant qu’outil de réhabilitation après un accident vasculaire cérébral. Les résultats montrent que cette forme de thérapie est plus facilement acceptée qu’une forme de réhabilitation physique. Une expérience a été réalisée pour étudier l’acceptation d’un tel système auprès de patients et thérapeutes dans un hôpital français. Un jeu basé sur un système de réalité mixte nommé VIP (Visual Interaction Platform) (Al Mahmud et al., 2008) permet au patient de déplacer des objets sur une table. Cette dernière montre une projection qui évolue selon les mouvements effectués par le patient avec les objets. Ines et Abdelkader (2010) notent que contrairement à la RV, la coordination œil-main est plus naturelle, et la technologie peu invasive car elle ne nécessite pas de porter un dispositif physique tel un casque. Ces différents exemples suggèrent des possibilités d’interactions variées entre l’homme, la machine et l’environnement, et de cette manière des usages de cette technologie dans des domaines tels les arts, la médecine, le divertissement ou encore l’éducation.

3.2 Comment intégrer la réalité mixte dans l’enseignement ?

Utilisation de la réalité mixte et exemples
Kirkley (2007) souligne le défi de l’intégration de la réalité mixte dans l’apprentissage ; comment équilibrer l’atteinte d’objectifs pédagogiques tout en gardant l’interactivité et la stimulation positive de ce type d’environnement ?

En ce qui concerne les technologies associées à la réalité mixte, la réalité augmentée (RA) a par exemple déjà été testée dans des champs d’application pédagogiques. Dans son commentaire, Dugas (2018) mentionne que la RA est notamment utilisée dans des jeux sérieux ou en tant qu’outil de visualisation. Il note également une approche qui voit la RA comme une aide d’acquisition de techniques et gestes complexes. Un exemple d’utilisation de la RA dans l’apprentissage se situe au niveau du livre numérique. Chaudiron et Rio (2013) présentent un projet qui examine l’usage de la RA avec les livres, dont l’interaction s’effectuerait à l’aide d’objets physiques (livre/carte) avec une machine (webcam/ordinateur) et déclencherait de cette manière des événements dans un récit. Hormis leur projet, ils citent notamment un précédent cas d’usage de la RA : la collection d’encyclopédies Dokéo des éditions Nathan, qui permettent à l’aide d’une webcam de visionner des animations superposées aux images des livres.

Tout comme la réalité augmentée, la réalité mixte trouve son application dans les jeux sérieux. Zikas (2016) et son équipe ont à titre d’exemple mené une étude comparative auprès d’élèves en leur faisant tester un jeu de réalité mixte qui les emmènent sur le site archéologique de Knossos, en Grèce. Ils ont examiné les résultats de l’usage de la réalité virtuelle (RV) et réalité mixte/augmentée. Pour la RA, ils ont implémenté leur jeu à l’aide de lunettes Meta-AR. Celles-ci permettent d’interagir avec les hologrammes à travers des mouvements tel que déplacer, pincer, pointer et toucher. Le jeu d’archéologie demande alors au joueur de naviguer dans une maquette, recréer des puzzles et restaurer une peinture en mélanger des pigments. Zikas précise que la RA est pertinente car elle permet de faire des actions précises à deux mains, recréant ainsi une sensation d’authenticité.

Tang et al. (2020) testent l’efficacité de la RM en tant qu’outil d’aide à l’apprentissage dans l’éducation supérieure. Dans leur étude, ils comparent une manière d’étudier traditionnelle avec des fiches physiques avec une méthode utilisant l’HoloLens de Microsoft décrit plus haut. Ce dernier permet d’afficher un modèle de turboréacteur d’aviation en hologramme, et promeut l’interaction avec l’utilisateur à travers la manipulation du modèle. Le porteur de l’HoloLens peut toucher, tourner et zoomer sur le réacteur afin de l’explorer sous plusieurs angles. Après une courte initiation au matériel informatique, les étudiants ont étudié le sujet pendant 10 minutes, avant d’être testés sur leur expérience. Des résultats positifs ont été observés en ce qui concerne la compréhension géométrique et leur performance générale. Il a également été observé que l’intérêt pour le sujet était présent lors de l’utilisation de la réalité mixte malgré la complexité du sujet pour les étudiants qui ne possédaient pas de connaissances préalables.

Plusieurs usages peuvent ainsi être cités pour l’application de la réalité mixte dans l’apprentissage. Cependant, Kirkley (2007) note que les études sur l’impact de cette intégration sont encore faibles comparé aux études qui visent à étudier les technologies-mêmes. Cela est notamment dû à l’accessibilité et la démocratisation de ces équipements.

3.3 Quels sont les plus-values et les freins d’usage de la réalité mixte dans l’apprentissage ?

Plus-values et freins d’usage

Dans son étude, Kirkley (2007) souligne l’importance de principes constructivistes dans l’élaboration d’environnements d’apprentissage de manière à soutenir et encourager l’acquisition de nouvelles connaissances. Il ajoute que les jeux, simulations et problèmes servent alors d’éléments centraux à ces technologies afin d’offrir une expérience authentique et réaliste à l’apprenant. L’amusement et le plaisir sont, selon lui, des facteurs implicites de la philosophie constructiviste. Ils sont source de motivation, d’implication et de progrès pour un apprenant. Les simulations, par exemple sous forme de jeux, offrent alors des terrains de test dont la sécurité et les possibilités augmentées permet de tester imagination et décisions tout en permettant d’obtenir des traces et ainsi un suivi des actions de l’utilisateur (Kirkley (2007)). En d’autres termes, le facteur de stimulation est ainsi un avantage de la réalité mixte ; l’inclination naturelle de cette dernière envers une forme de jeu représente un facteur de motivation supplémentaire.

Par ailleurs, l’apprentissage à l’aide de la réalité mixte comprend un concept associé : l’embodied learning, soit l’utilisation du corps et des sens afin d’acquérir de nouvelles connaissances. Sur des bases de sciences de la cognition, Lindgren et Johnson-Glenberg (2013) expliquent qu’il existe des bienfaits pour l’intégration du corps dans l’apprentissage de principes et théories, une méthode qui est explorée lorsque la réalité mixte est utilisée. En effet, les casques ou hologrammes demandent à l’utilisateur de ces technologies de mouvoir ses membres afin de créer des interactions avec la machine et l’environnement. Ces actions, si elles sont implémentées de manière pertinente, ont le potentiel de faciliter la compréhensible de concepts enseignés, tel la simulation The Meteor, qui invite les participants à assimiler des notions de physique dans l’espace en incarnant un astéroïde. En outre, de telles technologies offrent des possibilités de développer l’apprentissage par collaboration en raison de leur aspect social. Lorsque la réalité mixte est un espace sur lequel plusieurs participants peuvent travailler en simultané, elle encourage les échanges (Lindgren et Johnson-Glenberg (2013)).

Bien qu’il existe des bienfaits quant à l’usage des technologies de réalité mixte dans un contexte pédagogiques, des difficultés et des freins d’usage existent également de manière proéminente. Au niveau de la création, Kirkley (2013) touche à la complexité de la conception pédagogique. Outre les limites technologiques, de nouvelles méthodes pédagogiques sont nécessaires afin de pallier la flexibilité et diversité des technologies de virtualité. De plus, le matériel informatique utilisé amène également la conception à se complexifier ; les équipes peuvent désormais être composées de chercheurs, designers, modélisateurs et programmeurs, et bien plus. Comment fluidifier la convergence de ces différents domaines et le processus de travail qui en découle ?

Enfin, Dugas (2018) mentionne les difficultés liées au domaine de l’éducation-même, et notamment le manque de formation des enseignants quant aux technologies en développement. Anastassova et alt. (2007) parle de l’ergonomie et de l’utilisabilité de ces technologies. Il souligne ainsi des méthodes d’entrée informatiques peu matures (reconnaissance vocale, capteurs de mouvement) et la charge physique posée par le matériel, tel le poids des casques utilisés dans la réalité mixte. Il est également question de l’inclusion de la RA dans l’apprentissage. Cependant, les études mentionnées ne donnent pas des résultats significatifs. Anastassova et alt. (2007) rapporte que de nombreuses questions sont posées au sujet du matériel, suggérant un manque d’information à ce sujet. Néanmoins, les apprenants offrent généralement des retours positifs lors de l’intégration de ces technologies dans l’apprentissage, ouvrant la porte à des possibilités d’évolution de la réalité mixte dans le futur.

4 Discussion

De nos jours, les technologies sont une partie intégrale de l’apprentissage. Les interactions homme-machines s’effectuent à travers les smartphones pour communiquer, un ordinateur pour prendre des notes ou faire des recherches…Les possibilités sont nombreuses, et la réalité mixte permet d’ajouter un 3ème facteur, l’environnement, et d’augmenter les combinaisons possibles au moyen d’éléments virtuels dans la réalité physique, ou d’éléments physiques dans un espace virtuel.

La réalité mixte, qui forme un spectre entre le monde physique et le monde virtuel, est déjà actuellement utilisé à des fins diverses tel la navigation GPS ou la thérapie physique. Son potentiel est également étudié pour l’éducation. En effet, des applications permettent par exemple de combiner une session d’apprentissage avec des animations, ou encore d’acquérir des connaissances sur l’histoire à travers la réalité augmentée et mixte. Ces dernières ont l’avantage de soutenir la motivation et l’implication de l’apprenant par l’interactivité et la stimulation qu’offrent ces technologies. Des possibilités d’innovation s’ouvrent en ce qui concernent l’apprentissage sensoriel ou encore le travail par groupe. Cependant, des difficultés liées au matériel, la formation et leur intégration dans l’enseignement soulignent les défis de la réalité mixte qui attendent les chercheurs et concepteurs pédagogiques dans ces prochaines années. Afin d'intégrer la RM de manière efficace dans d'apprentissage, il sera nécessaire que cette technologie se démocratise plus auprès du public afin qu'elle devienne plus accessible, notamment au niveau financier, lui permettant par la même façon de trouver une possible place dans les classes. A ce but, les enseignants intéressés devront également être formés à son utilisation. Cela signifie connaître les modalités du matériel physique (ex. sa charge physique sur l'utilisateur), mais également maîtriser la technologie pour pouvoir l'adapter à leurs élèves. C'est pourquoi un rôle important attend les concepteurs pédagogiques travaillant sur la RM. Le développement récent de celle-ci devra être pris en compte dans l'élaboration de nouvelles méthodes pédagogiques afin de non seulement soutenir les élèves dans l'apprentissage au niveau de la motivation et de l'efficacité, mais également les besoins de l'enseignant en termes de suivi et de maîtrise de ces technologies. La complexité et la diversité de la RM devra mener les concepteurs pédagogiques vers une étroite collaboration avec les acteurs tels les enseignants et les chercheurs de la RM afin d'en développer son potentiel.

5 Références

  • Abdelkader, G. (2011, November). Mixed reality serious games: The therapist perspective. In 2011 IEEE 1st International Conference on Serious Games and Applications for Health (SeGAH) (pp. 1-10). IEEE.
  • Anastassova, M. S., Burkhardt, J. M., Mégard, C., & Ehanno, P. (2007). L'ergonomie de la réalité augmentée pour l'apprentissage: Une revue. Le travail humain, 70(2), 97-125.
  • Chaudiron, S., & Rio, F. (2013). Quels usages pour un récit transmédia augmenté. 81ème congrès l’Association francophone pour le savoir (ACFAS’13)-Les enjeux du livre Numérique : de l’Ipad à Jules Verne. [En ligne] https://f.hypotheses.org/wp-content/blogs.dir/876/files/2013/05/RIO_ACFAS.pdf
  • Dugas, Julien (2018). La réalité augmentée dans un contexte d’apprentissage : Bibliographie thématique commentée. Adjectif.net Mis en ligne mercredi 7 novembre 2018 [En ligne] http://www.adjectif.net/spip/spip.php?article480
  • Fairfield, J. A. (2018). Mixed reality: how the laws of virtual worlds govern everyday life. In Research Handbook on the Law of Virtual and Augmented Reality. Edward Elgar Publishing.
  • Kirkley, S. E., & Kirkley, J. R. (2005). Creating next generation blended learning environments using mixed reality, video games and simulations. TechTrends, 49(3), 42-53.
  • Lindgren, R., & Johnson-Glenberg, M. (2013). Emboldened by embodiment: Six precepts for research on embodied learning and mixed reality. Educational researcher, 42(8), 445-452.
  • Pan, Z., Cheok, A. D., Yang, H., Zhu, J., & Shi, J. (2006). Virtual reality and mixed reality for virtual learning environments. Computers & graphics, 30(1), 20-28.
  • Tang, Y. M., Au, K. M., Lau, H. C., Ho, G. T., & Wu, C. H. (2020). Evaluating the effectiveness of learning design with mixed reality (MR) in higher education. Virtual Reality, 24(4), 797-807.
  • Zikas, P., Bachlitzanakis, V., Papaefthymiou, M., Kateros, S., Georgiou, S., Lydatakis, N., & Papagiannakis, G. (2016, October). Mixed reality serious games and gamification for smart education. In European conference on games based learning (p. 805). Academic Conferences International Limited.