Environnement virtuel 3D pour l'enseignement et l'apprentissage

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Définition

Les environnements virtuels en trois dimensions (3D) (voir également les pages Environnement interactif 3D et Virtual environment) sont caractérisés dans la littérature (notamment par Roussou, 2004) par deux éléments indissociables : l’immersion dans un monde, (ou réalité virtuelle) et l’interaction avec des objets 3D modélisés (objets d’apprentissage, avatars). D’autres auteurs (Dillenbourg, Schneider & Synteta, 2002), insistent également sur la composante sociale et collaborative de tels environnements (“Educational interactions occur in the environment, turning spaces into places”, et la diversification technologique et pédagogique qui les caractérisent (“Virtual space is a space for innovation” [...] : “For teachers, a virtual space is an open space, a space where they can try new approaches.”). Harms (2000) précise encore : “Virtual reality incorporates characteristics that lend it significant potential : immersion, presence, direct engagement (user involvement), immediate visual feedback, autonomy and interactivity.” Dans la littérature, on retrouve plusieurs termes dont le sens est proche : réalité virtuelle (immersion sensorielle dans un monde numérique), environnement virtuel (synonyme de réalité virtuelle, environnement permettant à des utilisateurs de réaliser des tâches dans un lieu virtuel) et enfin espace virtuel (lieu de la réalité virtuelle, organisé spatialement et métaphoriquement), (Ott, 1999). Dans cette petite contribution, nous nous intéresserons plus particulièrement au potentiel d’utilisation des environnements virtuels 3D pour l’enseignement et l’apprentissage des sciences.

Approches pédagogiques

Depuis un certain nombre d’années, l’évolution d’un paradigme d’enseignement (centré sur la transmission de contenus) vers un paradigme d’apprentissage (centré sur la construction des savoirs par l’apprenant), a rendu populaire les activités de résolution de problème. A cet égard, le développement d’environnements virtuels 3D constitue un terrain favorable pour l’apprentissage situé (situated learning). Selon Bares, Zettlemoyer & Lester (1998), donner aux apprenants la possibilité de s’immerger dans des environnements 3D contribue à développer chez eux une compréhension expérientielle (“experiential understanding”) de phénomènes complexes, en sciences notamment. Même s'ils peuvent relever de plusieurs approches pédagogiques différentes, ces environnements soutiennent le plus souvent et une approche de l’apprentissage proche du constructivisme : “Students can learn by doing”. “They can also test theories by developing alternative realities” (Nonis, 2005, p.2). Par ailleurs, la théorie de la cognition distribuée (pour en savoir plus, voir la page intitulée Cognition: un processus situé, distribué et perceptif considère que le fonctionnement cognitif d'une personne s'inscrit également dans l'environnement qui l'entoure. Par extension, le concept d'intelligence distribuée permet d'appréhender tout l'intérêt du travail en interaction, qu'il s'agisse d'une interaction entre pairs ou entre l'homme et la machine.

Quelques exemples d'applications

Dans son dossier consacré à la modélisation du vivant, le portail de la science présente plusieurs applications rendues possibles par les environnements virtuels 3D, comme par exemple l’appréhension de l’infiniment petit (la rencontre de deux molécules), de l’infiniment grand (le mouvement des galaxies) ou d’éléments difficiles à faire expérimenter à des apprenants (la croissance des plantes, l’étude du mouvement des muscles d’un animal, etc.). Pour prendre connaissance d’autres exemples d’applications, voir la vidéo réalisée par Steve Collis (Sydney Center for Innovation in Learning, Australie) présentant une utilisation pédagogique de Second Life.

Ces avantages ne sont pas uniquement réservés aux matières scientifiques même si tel et notre propos dans cette contribution. L’enseignement d’autres disciplines, comme la géographie par exemple, s’appuient beaucoup sur des représentations visuelles et, à cet égard, la modélisation 3D peut apporter un vrai plus. Comme le souligne (Harms, 2000) : “Dealing with the natural world and trying to model real-world phenomena, these domains call for three-dimensional representations, rather than the classic two-dimensional approach”.

En biologie ou en chimie, l’environnement virtuel 3D peut se muer en véritable laboratoire au sein duquel il est possible d’effectuer, sans danger et à moindre coût, des expériences diverses et enrichissantes pour l’apprenant. Harms (op.cit.) définit le laboratoire virtuel (virtual laboratory) comme : “A computer simulation which enables essential functions of laboratory experiments to be carried out on a computer”. Il détaille ensuite les avantages de ces laboratoires virtuels en termes d’apprentissage: “As with simulations in general, virtual labs can also facilitate a range of different learning processes : solution of (complex) problems; discovery of new content and new assessment of already known information by means of discovery learning; construction of general principles from experimental work and comparison of individual phenomena (inductive learning). In all these cases the alternation between generating hypotheses is of particular importance.”

La communication gestuelle est une application particulière

Les gains en termes d'apprentissage

Au niveau de la performance des apprenants, deux études (Mosterman et al., 1994 et Campbell, 1997) établissent que l’immersion préalable dans un laboratoire virtuel, avant l’expérimentation réelle, permet de réduire le temps d’exécution d’activités réalisées par la suite et que leur autonomie dans la réalisation des tâches sera accrue. De manière générale, l’utilisation d’environnements vituels 3D semble accroître la motivation intrinsèque des apprenants (Nonis, op.cit.). Voir plus spécifiquement la page théories de la motivation.

Bibliographie

Bares, W.H., Zettlemoyer, L.K., Lester, J.C. (1998). Habitable 3D learning environments for situated learning. In : International Conference on Intelligent Tutoring System. Berlin : Springer. P. 76-85

Dillenbourg, P., Schneider, D.K. & Synteta, P. (2002). Virtual Learning Environments. In : A. Dimitracopoulou (Ed). Proceedings of the 3rd Hellenic Conference "Information & Communication Technologies in Education". Athens : Kastaniotis. P. 3-18.

Harms, U. (2000). Virtual and remote labs in physics education. In : Proceedings of the Second european Conference on physics teaching in engineering education (PTEE 2000). Budapest : University of technolgy and economics.

Nonis, D. (2005). 3D Virtual learning environments. In : Ministry of Education. Educational Technolgy Division. IT Literature Review. Singapore.

Ott, D. (1999). Collaboration dans un environnement virtuel 3D : influence de la distance à l'objet référencé et du "view awareness" sur la résolution d'une tâche de "grounding". 42 p. Travail de mémoire pour l'obtention du diplôme "Sciences et technologie de l'apprentissage et de la formation". Université de Genève, Faculté de psychologie et des sciences de l'éducation. Accessible à l'adresse : http://tecfa.unige.ch/guides/methodo/edu-tech/thesis-examples/theory-testing-experimental-design/ott-collaboration-in-3d-environment.pdf (consulté le 10.12.2010)

Roussou, M. (2004). Learning by doing through play : an exploration of interactivity in virtual environments for children. ACM Computers in Entertainment, vol. 2, n°1