Tangible Elearning

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1 Resumé - Abstract

Le concept appelé “Tangible E-learning” représente une formation en ligne - e-learning - combinée avec une interface utilisateur tangible - Tangible User Interface (TUI). La notion de TUIs ou IUS (Interface Utilisateur Système) a gagné l’attention, ces dernières années, des praticiens travaillant sur les processus cognitifs. Cet article explique l’historique épistémologique de ce concept qui combinant l’articulation d’objet réel (TUIs) aux activités d’apprentissage améliore les processus cognitifs qui en découlent par une approche exploratoire ou d’expression. Les avantages de ce concept ont étés pauvrement mais globalement prouvés par des recherches empiriques, en termes d’implication, de motivation et de collaboration.

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

2 Introduction

L’élan de base est le mouvement général 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 et devient aujourd’hui comparable aux films modernes. Les formations en classe deviennent aujourd’hui des formations e-learning avec des technologies similaires aux films modernes. 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 alors 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.

3 Définition

3.1 E-learning

L'apprentissage et l'enseignement supporté par les TIC visent à la construction des connaissances. Les TIC (Technologies de l'Information et de la Communication) servent de supports spécifiques pour mettre en œuvre le processus d'apprentissage.

L'Union européenne définit l'e-learning par la définition suivante : “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” Union européenne.

3.2 TUI - Tangible User Interface & Tangible Interaction

Les objets du quotidien ou des environnements qui sont enrichis 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.

3.3 Tangible e-learning

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

4 Historique et contexte

Le concept de “Tangible E-learning System” repose sur des critères basés sur ces deux approches: expression et exploration. L’approche de Froebel, “Expression”, est d’appuyer l’apprentissage constructiviste en amenant l’enfant à exprimer sa compréhension du monde. L’idée de Montessori, “Exploration” consiste à construire les connaissances de l’enfant par l’exploration. Ces deux approches seront illustrées dans le chapitre suivant.

Ces deux vues permettent 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 développé, de 1837 à 1850, 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 reproduire les motifs et les formes existant dans la nature. Ceci permettant à l’enfant de s’exprimer en utilisant des objets pour construire des représentations de formes et de motifs.

Vers 1912, la pédagogue italienne Maria Montessori a enrichit les “Froebel Gifts” pour répondre aux besoins des enfants plus âgés. Ceci en développant de nouveaux matériels éducatifs et des activités liées. L'intention était de mettre les enfants au centre de leur activité d’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)

5 Exemples illustrant

5.1 Classification de système d’apprentissage dit “Tangible”

5.1.1 Augmenter les facultés cognitives par l’expression

Basé sur l’approche d’”Expression” de Froebel les enfants vont exprimer leur compréhension personnelle du monde. C’est de l’apprentissage constructivisme. Les apprenants créeront leurs représentations externes de leur propre compréhension d'un sujet et ils réfléchiront à l'exactitude de leur représentation. Cette catégorie est particulièrement adaptée à la conception des objets du monde réel et leur structure physique.

Voir la vidéo de présentation du produit : http://www.youtube.com/watch?v=p6Jb_B0ttRI

Tangible learning 1.jpg


Le système appelé tangibles Topobo est un système d'assemblage 3D 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 structurels 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 que les enfants peuvent utiliser lorsqu'ils interagissent avec Topobo. Les pièces passives, ce ne sont que des composants statiques qui permettent des connexions statiques ("T", "90 degrés", "coude"), et les actives, qui sont des éléments motorisés et permettent d’enregistrer et rejouer des mouvements. L’enfant construit 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.

5.1.2 Augmenter les facultés cognitives par l’exploration

L’approche par l’exploration consiste à une activité du type : Les experts du domaine fournissent une représentation qui sera explorée par l'enfant en observant l'effet de la manipulation. Ce type de système est particulièrement adapté à des concepts abstraits.

Voici un exemple, les Siftables : https://www.media.mit.edu/videos/labcast-20-siftables/

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Le jeu suivant est basé sur la même approche.

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 feedback 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 légers (a) et des connecteurs chevilles (b), qui sont placés sur un espace de travail, cartes de questions (c) et un retour d’affichage fournit via une interface graphique (d)

5.2 Expériences comparatives

Les deux études ci-dessous, tentent de savoir quel type d’interface (TUIs ou Interface virtuel) fournit une interaction plus efficace d’apprentissage et, une meilleure fixation des connaissances.

La première nommée “The hazard room” Fails et al. [14] a été créé pour tenter d’apprendre à des enfants en bas âge les dangers de l’environnement. Cette expérience conclut les points suivants: Les environnements physiques montrent des avantages évidents sur l’environnement virtuel. Dans le cadre d’environnement tangibles, l’interface réelle augmente la profondeur des réponses et accroît l’intérêt subjectif, alors que l’interface virtuelle augmente la moyenne du score entre le pré-test et le post-test.

Il n’y a pas eu de différences statistiques entre les deux groupes représentés ci-dessous par l’illustration des deux interfaces utilisées. Aucune des deux ne s’est révélée plus performante qu’une autre.

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La seconde nommée “Jigsaw Puzzle” [Antle] a apporté les points suivants:

Les enfants ont appréciés autant l’une que l’autre des interfaces mais, ils ont rencontrés plus de difficultés avec l’interface (a - voir l’illustration ci-dessous), que avec l’environnement (b) dit tangible. Cette environnement a accru l’activité et la collaboration des enfants, et il y a eu moins d’abandons.

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6 Enjeux

Le texte ci-dessous a été très largement inspirée de l’article “Do tangible interfaces enhances learning?” de Paul Marshall (Department of Computing, Open University)

6.1 Enjeux en bref

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 naturelle. (Triona, Klahr and Williams 2005) Les objets tangibles sont particulièrement appropriés pour engager les enfants dans des activités ludiques [9]. L'action physique suivie d’effets numériques pourrait conduire à une augmentation de l'engagement et de la réflexion [10]. L’interaction avec des interfaces tangibles (TUI) est supposée être plus naturelle ou familière qu'avec d'autres types d'interface [2, 6], ils pourraient être plus accessibles 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 suggéré 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 (meilleur contrôle) et ainsi interagir plus facilement que lors de l'interaction avec une seule 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 effectués, 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.

7 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 des TUIs par rapport aux GUIs. Afin d'intégrer ce type d’objet pédagogique dans le cadre de formation, veillez à ce que l’apport des technologies ne soit en rien une barrière à l’activité de l’apprentissage.

Le risque est que ces nouvelles technologie nous paraissent plus compliquée qu’elles ne le paraissent à ce qu’on appelle les techno-natifs. Ces jeunes qui sont nés dans des environnements avec un grand nombre de technologie s’adaptent déjà plus facilement aux technologies que nous. Est-ce que l’on saura créer et/adapter des technologies à des fins pédagogiques quand le public cible sera lui-même plus avancé que les formateurs et pédagogues qui sont sensés les mettre en place.

8 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.

14. Fails, J.A., Druin, A., Guha, M.L., Chipman, G., Simms, S. and Churaman, W., Child's play: a comparison of desktop and physical interactive environments. In Proc. of IDC 2005, 48-55.

15. lara srivastava L'ubiquité de la technologie: tendances et conséquences - http://tinyurl.com/2d96sxj

16. Irina Anastasiu Tangible E-Learning 2008 - http://tinyurl.com/28rceqk

17. Jennifer BüttgenTangible E-Learning 2008 - http://tinyurl.com/2c4tthg