Tangible Elearning

Resumé - Abstract

Le concept appelé “Tangible Elearning” représente la combinaison de système e-learning et d’interaction physique réel avec des  “Tangible User Interface”. La notion de TUIs ou IUS (Interface Utilisateur Système) a gagner en attention ces dernières années des praticiens travaillant sur les processus cognitifs. Cet article donne une vue nécessaire à la compréhensoin de cette thématique. Il explique l’historique epistémologique de ce concept qui combinant l’articulation d’objet réel (TUIs) au activité d’apprentissage améliore les processus cognitifs qui en découle par une approche exploratoire ou d’expression. Les avantages de ce concept a été pauvrement mais globalement prouvé par des recherches empirques, en termes d’implication, de motivation et de collaboration.

Mots-clés: Internet des objets, elearning, Tangible e-Learning, Ubiquitous learning

Introduction

L’élan de base est le mouvement générale des formateurs à mettre l’apprenant au centre de l’activité d’apprentissage. (Tavangarian et al, 2004;. Williams et Goldberg, 2005)

Métaphoriquement parlant, l'apprentissage a commencé comme une performance sur scène sous forme de formations en classe et devient aujourd’hui comparable aux films modernes, nous courrons de plus en plus aux travers des concepts de e-Learning. À première vue, le e-Learning semble être une révolution de notre époque, mais en regardant en arrière et son histoire il semblerait qu’on lui donne un second élan, le e-Learning a plutôt un caractère évolutif. (Tavangarian et al., 2004)

Après que les outils en ligne et les logiciels ont remplacé les CD-ROM éducatifs, nous utilisons tous des ordinateurs et des interfaces graphiques et traditionnelles (Human Computer Interaction), l'évolution du e-Learning prend enfin un tour nouveau, en exploitant les possibilités des “Tangible User Interface” en faveur de l'éducation et l'apprentissage.

Définition

Elearning

L'apprentissage et l'enseignement supporté par du matériel électronique vise à la construction des connaissances. Les TIC (Technologies de l'Information et de la Communication) servent de support spécifiques pour mettre en œuvre le processus d'apprentissage.

L'Union européenne définit l'e-learning comme “L’utilisation des nouvelles technologies multimédias de l’Internet permettent d’améliorer la qualité de l’apprentissage en facilitant, d’une part, l’accès à des ressources et à des services et, d’autre part, les échanges et la collaboration à distance”.

TUI - Tangible User Interface & Tangible Interaction

Les objets du quotidien ou des environnements qui sont enrichit par de l'information numérique, ils sont couplés à la manipulation de l'information numérique à travers des objets électroniques. Ce sont des objets que l’on peut toucher et manipuler.

Pour comprendre la notion des TUIs il faut associé deux définitions celle du degré d’incarnation (degree of embodiment) et la métaphore de l'activité que l'utilisateur réalise avec un objet.

Le degré d’incarnation se distinct en 4 état entre la relation de l’action et de la réaction. Premier cas l’action et le feed-back sont un seul et même objet. Deuxième cas l’action et le feed-back sont à proximité. Troisième cas l’action influence la réaction d’un environnement. Exemple: un micro et des haut-parleurs. Quatrième cas l’action illustré par l’interaction homme machine fait réagir un objet à plus ou moins longue distance.

Le second concept est celui de la métaphore de l’activité au travers d’un objet. Un exemple d’une activité : La représention la Terre en manipulant un map monde génére une méthaphore.

Ces deux concepts “Degree of embodiment” et la métaphore de l’activiét par l’activité avec un objet se réunisse dans l’utilisation de TUIs.

Tangible e-Learning

Le principe de “Tangible e-Leraning” est simplement l'apprentissage supporté par des TUIs faisant office de médias électronique.

Historique et contexte

L’epistémologie est une branche de la psychologie qui étudie la science de la nature et la portée de la connaissance. (Encyclopedia of Philosophy, 1967). A c’est début, il existe deux vue de la manière d’augmenter les facultés cognitives chez les jeunes enfants. Elles ont émergées des démonstrations de Pestalozzi (“Things should come before words, concrete before abstract.”,1803). Sur ces principes l’éducateur Froebel a développer en 1937 des jouets spéciaux pour les enfants. Par la suite Zuckerman et al. ont constitué un matériel éducatif appelé “Froebel Gifts”. Il est composé de billes, de blocs et de bâtons visant à aider les enfants à reconnaître et à apprécier les motifs et les formes existant dans la nature. Ceci permettant à l’enfant d’exprimer en utilisant des objets pour construire des représentations de formes et de motifs.

Vers 1912, la pédagogue italienne Maria Montessori a étendu les cadeaux Froebel pour répondre aux besoins des enfants plus âgés. Ceci en développement de nouveaux matériaux et des activités pour les jouets. L'intention était de mettre les enfants dans le contrôle de leur activité apprentissage, leur permettant d'apprendre à travers l'enquête personnelle et l'exploration, on peut mettre en relation cette approche avec l’ "éducation des sens”. (Zuckerman, 2004)

L’approche de Froebel est d’appuyer l’apprentissage constructiviste en amenant l’enfant à exprimer sa compréhension du monde. L’idée de Montessori consiste à construire les connaissances de l’enfant par l’exploration. Le concept de “Tangible Elearning Systeme” repose sur des critères basés sur ces deux approches: expression et exploration.

Exemples illustrant

Classification de système d’apprentissage dit “Tangible”

Système d’expression

Basé sur le concept Froebel autour de 1837 les enfants vont exprimer leur compréhension personnelle du monde. C’est de l’apprentissage constructivisme. Les apprenants créeront leurs représentations externe de leur propre compréhension d'un sujet et ils réfléchiront à l'exactitude de leur représentation. Cette catégorie est particulièrement adapté à la conception des objets du monde réel et leur structure physique. Voici un exemple.

Le système appelé tangibles Topobo est un système d'assemblage 3D constructive couplé avec de la mémoire cinétique qui permet l'enregistrement et la lecture des mouvements physiques. Il est conçu pour faciliter la modélisation de la forme et le mouvement des systèmes dynamiques structurelles afin d'aider à comprendre comment l'équilibre, le levier et la gravité affecte le déplacement des structures. Il existe deux types de pièces d'assemblage les enfants peuvent utiliser lorsqu'ils interagissent avec Topobo. les passifs, ce ne sont que des composants statiques établir des connexions statiques ("T", "90 degrés", "coude"), et les actifs, les éléments motorisés et en réseau qui sont en mesure de motion enregistrer et rejouer. L’enfant constuit sa propre représentation de ces notions et ensuite construit un artefact à l’aide des pièces Topodo qu’il examine pour vérifier l’exactitude de sa représentation.

Système d’exploration

Montessori reprit l’idée de Froebel et a développée en 1912 un jeu visant à offrir le contrôle aux enfants dans le cadre d’activité d’apprentissage. Ils apprennent par le biais d'enquête et d'exploration. Les experts du domaine fournissent une représentation qui sera exploré par l'étudiant en observant l'effet de la manipulation. Ce type de système est particulièrement adapté à des concepts abstraits. Voici un exemple.

SmartBlocks est un manipulateur augmentée tangibles permettant aux étudiants d'explorer des concepts mathématiques sur le volume et la surface des objets 3D. L'idée est de combiner les avantages de la physique avec un feed-back en temps réel pour soutenir le processus d'apprentissage. Il prend en charge plus d'un utilisateur à la fois et offre d'exploration grâce à un processus d'essai et d'erreur. Le système se compose de cubes léger (a) et des connecteurs cheville (b), qui sont placés sur un espace de travail, cartes de questions (c) et un retour d 'affichage fournit via une interface graphique (d)

Expériences comparatives

Des études ont étés menées affin de savoir quel type d’interface (TUIs ou Interface virtuel) fournit une interaction plus efficace d’apprentissage et une meilleure fixation de connaissances.

La première nommée “The hazard room” à approté les points suivants: Les environnement physiques montrent des avantages évidents sur l’environnement de bureau. Dans le cadre d’environnement tangibles Augmente la profondeur des réponse et accroit l’intérêt subjectif Augmente la moyenne du score entre pre-test et post-test

La seconde nommée “Jigsaw Puzzle” a apporté les points suivants: Les enfants ont appréciés autant l’une que l’autre des interfaces Mais ils ont rencontrés plus de difficulté avec l’interface (a) Avec l’environnement (b) dit tangible Cette environnement a accru l’activité et la collaboration Il y a eu moins d’abondons

Enjeux

Ma recherche sur les enjeux a été très largement inspirée de l’article “Do tangible interfaces enhances learning?” de Paul Marshall (Department of Computing, Open University)

Enjeux en bref

• Cognition et processus d’apprentissage - Pestalozzi 1803 “Things should come before words, concrete before abstract.” (Resnick et al., 1998)
• Concept de la métaphore - Les principes du nom et du verbe sont profondement enraciné dans la conscience humaine (Fishkin, 2004)
• Nouveautés des liens - Les combinaisons flexibles de la manipulation matériel et de la représentation numérique fournit plus d'informations (Resnick et al., 1998; Marshall, 2004)
• Augmenté la motivation (engagement) - l'engagement physique crée de l’implication et donc accroît la motivation et l'intérêt. (Marshall, 2004; Price and Rogers, 2004)

L’utilisation d’objet réel, si la perception et la cognition sont étroitement liées, modifie la manière dont la connaissance est acquise. Contrairement à des connaissances acquises à l’aide d’objet virtuel.

Associés à la théorie du développement des jeunes enfants de Piaget, la manipulation d’objets physiques (tangibles) soutient le développement de la pensée (représentation). Cela peut appuyer l’apprentissage et le rendre plus efficace et cela de manière naturel. (Triona, Klahr and Williams 2005)

Les objets tangibles sont particulièrement appropriés pour engager les enfants dans des activités ludiques [9]. L'action physique suivis d’effets numériques pourrait conduire à une augmentation de l'engagement et de la réflexion [10]. L’interaction avec des interfaces tangibles (TUI) est supposées être plus naturelle ou familier qu'avec d'autres types d'interface [2, 6], ils pourraient être plus accessible aux jeunes enfants, personnes handicapées mentales ou novices [13]. Cela permet l'abaissement des conditions générales de participation [5]

Un certain nombre de projets orientés sur le design ont suggérés que les interfaces tangibles pourraient être particulièrement appropriées pour l'apprentissage collaboratif. Ils peuvent être conçus pour créer un espace commun pour les activités de collaboration [12] et permettre aux utilisateurs de se surveiller mutuellement et ainsi interagir plus facilement que lors de l'interaction avec une seul représentation graphique sur écran [12]. Ils pourraient aussi accroître la visibilité de l'activité des autres membres, permettre de mieux communiquer l'état actuel de leurs travaux [3, 11, 12] et peut inciter à l'apprentissage en situation [8].

Contrairement à la configuration de bureau typique avec une souris, un clavier et un écran, les interfaces tangibles permettent souvent une interaction simultanée. Stanton et al. [11] ont suggéré que l'activité de collaboration pourrait être encouragée en augmentant la taille de l’interfaces tangibles et des accessoires afin de ralentir le rythme d'interaction et d'accroître l'effort nécessaire pour effectuer une action.

Parmi les avantages potentiels de l'apprentissage avec des interfaces tangibles, l'idée que les avantages cognitifs se traduiront par la manipulation de matériaux physique et mentale. Mais l’idée que des enfants de type piagétien bénéficieront de l'utilisation concrète des objets physiques reposent largement sur des hypothèses non vérifiées [1, 7].

Les autre avantages potentiels ont étés partiellement validé par une série d'études exploratoires et de design. Cependant, peu de travaux comparatifs ont été effectué, et il est difficile de savoir quels éléments de dessins ou modèles sont essentiel dans le soutien des activités d'apprentissage. Les rôles joués par les éléments physique et numérique dans différentes conceptions restent à être cartographiés.

Conclusions

Les TUIs ont apparemment un fort potentiel de travail au sein d’activité d’apprentissage dans le cadre de formation e-Learning, mais il manque de plus larges recherches empiriques pour confirmer les avantages de des TUIs par rapport au GUIs.

Biblio et webo-graphie

1. Clements, D.H. 'Concrete' manipulatives, concrete ideas. Contemporary Issues in Early Childhood, 1 (1). 2. Dourish, P. Where the action is: the foundations of embodied interaction. MIT Press, 2001. 3. Fernaeus, Y. and Tholander, J., Finding design qualities in a tangible programming space. In Proc. of CHI '06, 447-456. 4. Fernaeus, Y. and Tholander, J., "Looking at the computer but doing it on land": children's interactions in a tangible programming space. In Proc. of HCI 2005, 3-18. 5. Hornecker, E. and Buur, J., Getting a grip on tangible interaction: a framework on physical space and social interaction. In Proc. of CHI ‘06, ACM Press, 437-446. 6. Jacob, R.J.K., Ishii, H., Pangaro, G. and Patten, J., A tangible interface for organizing information using a grid. In Proc. of CHI ‘02, ACM Press, 339-346. 7. Klahr, D., Triona, L.M. and Williams, C. Hands on what? The relative effectiveness of physical vs. virtual materials in an engineering design project by middle school children. Journal of Research in Science Teaching (in press). 8. Klemmer, S.R., Hartmann, B. and Takayama, L., How bodies matter: five themes for interaction design. In Proc. of DIS ‘06, 140-149. 9 Price, S., Rogers, Y., Scaife, M., Stanton, D. and Neale, H. Using 'tangibles' to promote novel forms of playful learning. Interacting with Computers, 15 (2). 169-185. 10. Rogers, Y., Scaife, M., Gabrielli, S., Smith, H. and Harris, E. A Conceptual Framework for Mixed Reality Environments: Designing Novel Learning Activities for Young Children. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, 11 (6). 677-686. 11. Stanton, D., Bayon, V., Neale, H., Ghali, A., Benford, S., Cobb, S., Ingram, R., O'Malley, C., Wilson, J. and Pridmore, T., Classroom collaboration in the design of tangible interfaces for stroytelling. In Proc. of CHI '01, 482-489. 12. Suzuki, H. and Kato, H., Algoblocks: an open programming language. In Proc. of CSCL '95, 349-355. 13. Zuckerman, O., Arida, S. and Resnick, M., Extending tangible interfaces for education: digital montessori-inspired manipulatives. In Proc. of CHI ‘05, ACM Press, 859-868.

lara srivastava L'ubiquité de la technologie: tendances et conséquences - http://tinyurl.com/2d96sxj Irina Anastasiu Tangible E-Learning 2008 - http://tinyurl.com/28rceqk Jennifer BüttgenTangible E-Learning 2008 - http://tinyurl.com/2c4tthg