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Comment une tablette et un casque de réalité virtuelle peuvent complètement révolutionner l’enseignement des sciences ?

Plus concrètement, comment ces dispositifs peuvent rendre n’importe quel cours de sciences deux fois plus efficace ?

L’accroissement du champs des connaissances

Le champs des connaissances grandit incroyablement vite. Et avec cette croissance vient une liste importante de défis grandissants, tels que le traitement des maladies, le réchauffement climatique, la lutte contre la famine, les pénuries d’eau, pour n’en citer que quelques-uns.

Comment pouvons-nous tenir notre promesse de constamment adapter l’éducation et l’enseignement pour faire face aux avancées sociales, politiques, et technologiques de notre temps ?

A l’ère du tout numérique

Depuis quelques années nous sommes baignés dans l’ère du tout numérique. Nous pourrions penser que le matériel scolaire, la manière d’enseigner, les méthodes d’apprentissages sont à la hauteur de tous ces bouleversements et de l’évolutions de ces technologies.

Mais ce que nous constatons est en réalité un peu décevant. Nous voyons que les livres sont transformés en e-books, les tableaux noirs en vidéos Youtube et les monologues des amphis en MOOCs.

En réalité, ce que nous appelons ces “nouveaux outils”, ne consistent qu’à prendre les mêmes contenus et de les transposer sur un autre média. Bien sûr, tout ce matériel est à la portée d’un plus grand nombre d’étudiants ou de simples amateurs, ils sont accessibles à tous, grâce à la généralisation d’internet.

Ce n’est déjà pas si mal, me direz-vous. Mais la méthode d’enseignement est toujours plus ou moins la même, il n’y a pas de réelle innovation. La question à se poser est : avons nous réellement gagné en efficacité ? Est-ce qu’on apprend mieux ? Est-ce qu’on est plus réactif ? plus imaginatif ?

Personnellement, je ne le pense pas.

Et pourtant, ces technologies, devraient pouvoir nous permettre d’imaginer une autre façon d’apprendre. L’innovation ne consiste pas à copier- coller des documents papier sur des écrans.

Expérience avec l’UIMM de Rennes

(Union des industries et métiers de la métallurgie)

Il y a plus d’un an, L’UIMM de Rennes nous a interrogé pour concevoir une application pour accompagner les étudiants dans leurs études. Notamment concernant les processus de traitement des matériaux. Nous avons pris un temps de réflexion, avant de répondre.

Nous n’avions pas envie de refaire la énième pseudo-application qui ne serait en définitive qu’un powerpoint amélioré, maquillé en application avec un design cool et de jolis effets de transition.

Le point de départ de notre réflexion

Nous savons tous par expérience que c’est en manipulant maintes fois et en expérimentant de diverses manières, sans se sentir jugé pour nos tâtonnements, qu’on apprend le mieux et de façon durable. Mais comment faire ça avec une application ?

Sur la piste du simulateur

Depuis des années, les pilotes d’avions apprennent et se forment en grande partie sur des simulateurs de vols.

Pourquoi ? Parce que cela coûte moins cher que de piloter un véritable avion. On peut répéter n fois les procédures pour favoriser leur mémorisation et c’est absolument sans danger.

Nous avons alors pensé : pourquoi ne pas appliquer cela à la science ? Pourquoi ne pas construire un simulateur de laboratoire ?

C’est ce que nous avons proposé à L’UIMM. Un simulateur de paillasse pour faire des expériences d’électrodéposition. Pour maximiser l’accessibilité, nous avons tout d’abord élaboré une application sur tablette tactile.

Celle-ci contient une partie quizz, somme toute assez classique, mais surtout un laboratoire virtuel dans lequel l’étudiant peut construire lui-même ses expériences en 3D de façon tactile et tester ses connaissances en faisant fonctionner sous ses yeux ses propres montages. Il peut faire et refaire, autant de fois qu’il le souhaite, les manipulations apprises dans les cours.

Les données pédagogiques

Pour construire l’aspect pédagogique de l’application, nous avons collaboré avec l’équipe pédagogique et les enseignants de l’UIMM afin d’apporter aux étudiants les situations réelles auxquelles ils sont soumis dans le cadre habituel de leur cursus. Nous avons élaboré l’ergonomie au fur et à mesure de l’avancée du développement avec de constants aller-retour entre les testeurs à l’intérieur même de l’école et nous.

Au final, cette application ne nécessite que de simples tablettes tactiles sous android fournies par l’école.

L’accompagnement des élèves

Mais cette application ne fait pas qu’offrir un laboratoire virtuel. Elle enregistre en base de données, et pour chaque étudiant, les performances, les évolutions, les points d’hésitation, le nombre de fois qu’il refait les expériences, le temps qu’il y consacre…

L’étudiant a la possibilité de consulter ses propres résultats sur la tablette, ou en ligne sur un site dédié.

Nous avons aussi fourni aux professeurs un tableau de bord complet en ligne pour suivre les étudiants. Ils savent donc parfaitement où ils en sont, quels sont les points à consolider et ce, pour chaque exercice et pour chaque élève.

Quels sont les retours d’expérience

Les retours que nous avons eu lors du lancement de l’application au sein de l’UIMM de Rennes furent extrêmement positifs.

Nous leur avons donné des tableaux d’évaluation portant sur 11 critères comme la jouabilité, l’ergonomie, l’intérêt pédagogique… Et nous avons eu la surprise de constater que non seulement, nous avons eu 100% de retours positifs, mais que la note moyenne donnée pour l’ensemble des critères d’évaluation de l’application dépassent les 85%.

Ce que nous retenons de ces expériences :  ce qui convient aux étudiants, ce sont des outils engageants et immersifs avec un fort retour d’évaluation qui passe par la gamification. Par exemple, chaque étudiant peut connaître son classement par rapport au reste de la classe. Ce qui l’incite à refaire les exercices autant de fois qu’il le souhaite, pour améliorer son classement général. Il apprend en relevant des défis, donc le but est atteint.

Les avantages de la réalité virtuelle pour apprendre.

Une étude Danoise

D’après une étude faite à l’Université Technique du Danemark, on constate une augmentation de 76% de l’efficacité de l’apprentissage en utilisant juste des laboratoires virtuels comparée aux méthodes traditionnelles.

Mais lorsque l’on combine les laboratoires virtuels avec le coaching et  le tutorat de l’enseignant, nous obtenons une augmentation de plus de 100 % d’efficacité de l’apprentissage, doublant ainsi l’impact du professeur de sciences.

Économie de moyens

Les universités pourraient économiser des centaines de milliers d’euros en laissant les étudiants faire des expériences virtuelles avant d’aller dans un véritable laboratoire.

Expériences sans aucun danger

L’étudiant peut faire des expériences qui seraient dangereuses si elles étaient réellement réalisées. Par exemple, sur les virus, qui sont des sujets importants, mais que beaucoup d’écoles ne peuvent enseigner pour des raisons de sécurité.

Voyager dans le temps et sans limitation d’échelle.

Les étudiants pourraient observer, comme nous allons le voir plus loin, tout ce qui se passe au niveau moléculaire.

Pourquoi ? Parce que dans un laboratoire virtuel, on se joue du temps et de l’espace. On peut changer d’échelle. Voir à l’intérieur des corps, des cellules, accélérer le temps…

Scénariser des histoires

Nous savons, combien donner du sens, est important pour l’engagement des étudiants en classe. A l’image de la pédagogie par projet, de plus en plus préconisée dans les universités, nous voudrions, créer des scénarisations d’énigmes captivantes . Par exemple, donner aux étudiants, la possibilité de résoudre scientifiquement un crime mystérieux en utilisant leurs compétences.

Impliquer les équipes enseignantes.

Les projets doivent être élaborés en étroite collaboration avec les équipes enseignantes et des établissements. Les matières abordées par les applications, doivent être en parfaite adéquation avec ce qui se pratique habituellement en classe.

IMPORTANT : elles ne visent pas à remplacer les cours. Ce n’est pas un substitut de cours. Non. Ce que ces procédés interactifs en 3D apportent, c’est une plus grande pratique des cas concrets, en utilisant la manipulation et l’expérimentation à volonté et sans jugement. Le tout, bien entendu, sous le tutorat et le contrôle des enseignants.

Quels sont les outils de la réalité virtuelle ?

Tablette, Ipad, PC, smartphone, casque de réalité virtuelle…

Les applications s’adaptent à tous les types d’outils. Chacun avec ses spécificités et ses limitations.

Nous pouvons éditer la même application adaptée pour différents outils.

La tablette tactile est bon marché et permet de travailler à un, deux ou trois. Ses capacités 3D sont un peu plus limitées que sur un pc, mais permettent une belle interactivité, et une fluidité correcte.

Le PC portable ou non, a souvent une carte graphique plus puissante. Le réalisme de l’environnement sera plus poussé, renforçant la sensation d’immersion. Tout comme la tablette deux ou trois personnes peuvent étudier autour de la même interface.

Le smartphones a tous les avantages de la tablette, mais est réservés à une utilisation individuelle. Sa mobilité en fait un outil d’étude et de révision très attractifs.

Le casque de réalité virtuelle est ce qui se fait actuellement de mieux en matière d’immersion. La stéréoscopie, la vision panoramique, la spatialisation du son, donnent vraiment le sentiment d’être physiquement dans le laboratoire. Associé à un pc doté d’une carte graphique 3D, les interactivités sont poussées très loin. Les sensations de préemption et d’interaction avec les objets, en font un outil vraiment privilégié.

LE LABORATOIRE VIRTUEL IMMERSIF.

Nous avons décidé d’imaginer et de maquetter un simulateur de laboratoire, en réalité virtuelle, avec vision panoramique et stéréoscopique. Un laboratoire qui pourrait être parfaitement identique à celui où les étudiants font des expériences, mais avec des équations mathématiques simulant ce qui se passe dans un véritable laboratoire.

Aujourd’hui, mon équipe travaille à créer ce simulateur comprenant dans l’idéal, tout l’équipement avec lequel l’étudiant peut interagir pour son cursus.

Nous élaborons, par exemple, une application avec laquelle on pourra expérimenter le traitement des matériaux par électrodéposition ou traitement chimique. L’environnement est réellement immersif. L’étudiant évolue dans un véritable laboratoire sur des paillasses. Ici, il a ses instruments avec lesquels il peut faire différentes expériences. Un peu plus loin il a d’autres paillasses, où il peut faire d’autres expériences, encore plus loin, il y a une porte donnant sur d’autres laboratoires, etc.

Une aide constante.

L’étudiant n’est pas seul. Il est accompagné dans ses expériences par un tuteur virtuel intelligent, qui sait où il en est, le guide, lui donne des conseils, des rappels, des alertes, tout au long de sa progression.

Des espaces collaboratifs virtuels

C’est l’évolution évidente que nous envisageons opérationnelle dans un proche avenir.

Nous sommes en train d’expérimenter la présence collaborative de plusieurs étudiants et pourquoi pas, du professeur dans le même environnement virtuel.

Les limites du laboratoire virtuel

La seule limite c’est l’imagination. En réalité virtuelle, comme je le disais précédemment, vous pouvez vous rétrécir un million de fois, à la taille d’une molécule. C’est vraiment l’impression que vous avez. Comme si vous étiez à l’intérieur de la cellule par exemple et que vous voyiez tout l’ADN, et les molécules. Vous côtoyez le polymérase et les enzymes et ainsi de suite. Vous êtes le témoin privilégié de ce qui se passe réellement dans la cellule,  tel que c’est en train de se passer dans votre corps en ce moment. Vous pouvez vraiment ressentir et comprendre comment tout cela fonctionne.

Du côté des enseignants

Pour que nous puissions vraiment stimuler et inspirer la prochaine génération de scientifiques, nous avons vraiment besoin d’enseignants pour guider l’adoption de ces nouvelles technologies dans les salles de classe.

Du côté des établissements d’enseignements

En quelque sorte, je crois que la prochaine avancée technique dans l’enseignement des sciences tient moins dans la technologie, que dans la décision des établissements  de pousser et d’adopter ces technologies au sein des salles de classe.

Et c’est donc notre souhait que plus d’établissements et d’enseignants collaborent dans le futur avec les entreprises de vulgarisation scientifique telles que la nôtre afin d’exploiter tout ce potentiel.

l’avenir.

Maintenant, imaginez que nous puissions mettre à disposition, des laboratoires virtuels, qui, s’ils étaient réels coûteraient des centaines de milliers d’euros chacun, à tous les étudiants, où ils auront accès aux meilleures machines et techniques expérimentales.

Imaginez comment cela pourrait encourager et inspirer toute une génération de jeunes brillants scientifiques, prêts à innover et pourquoi pas, changer le monde.