Environnements informatiques pour l`apprentissage humain

XVe FORUM Systèmes & Logiciel pour les NTIC dans le Transport
Apprentissages & Transports : Jeux sérieux et Réalité virtuelle & augmentée
Environnements Informatiques
pour
l’Apprentissage Humain :
Quoi de neuf ?
Jean-Marc Labat
Jean-Marc Labat
Plan de la présentation
• Contexte sociétal
• Convergence entre :
 Le modèle de la cognition située
 La théorie constructiviste de l’apprentissage
 Les évolutions technologiques
• Axe 1 : « Nouvelles Interactions H-M »
 Serious Game
 Réalité virtuelle et augmentée
• Axe 2 : « Cloud Learning »
 Apprentissage mobile et pervasif
 Apprentissage collaboratif
• Synthèse
• Conclusion
Jean-Marc Labat
Un nouveau contexte sociétal
• Besoins accrus de formation continue
» Effets de la mondialisation
» Changements technologiques rapides
• Évolution des mentalités
» La transmission des connaissances par le cours magistral passe de
moins en moins bien
» Beaucoup de jeunes (et moins jeunes) sont habitués à l'interactivité
• Place du numérique dans l’éducation et la formation
» Activité de E-learning devient rentable
» Demande forte des entreprises
» Actions du ministère et des régions
» Développement des ENT, financement d’équipements
» Rapports Fourgous, Bravo
« Le numérique ouvre un champ de possibilités et d'innovations
en matière pédagogique qu'il faut mettre à profit d'urgence »
Rapport Bravo, Juillet 2009
Jean-Marc Labat
Évolution des sciences cognitives
• Version classique
 Métaphore de l’ordinateur
» Cognition basée sur une représentation symbolique
» E/S, processeur interne
• Version moderne
La cognition humaine est beaucoup plus diverse
 Située
» La cognition intervient dans un contexte défini par une tâche
authentique, dans un vrai lieu, avec un vrai environnement
 Distribuée
» Les processus cognitifs ne sont pas nécessairement
centralisés dans le cerveau
 Incarnée
» La cognition ne se limite pas à la pensée logique et symbolique
 Enactive
» La cognition ne se limite pas à représenter la réalité comme un
miroir. Elle ne se sert pas toujours de représentations
» Elle s’appuie sur le couple (perception, action)
Jean-Marc Labat
La cognition est distribuée
• L’unité significative pour les processus cognitifs est
plus large que l’individu
 La mémoire d’un système complexe
comme une cabine de pilotage d’avion est
distribuée sur toute une série d’objets
disponibles + la mémoire des 2 pilotes
 Les actions aident à distribuer une partie de la charge cognitive
sur la perception (qui résulte d’une action qui modifie le
monde)
Jean-Marc Labat
Approche constructiviste
• Apprendre par la pédagogie de projets
 En manipulant l’information sous forme physique ou
métaphorique
• Utiliser le contexte et les autres comme facilitateurs
 Activité contextualisée et sociale
• Former l’apprenant à "APPRENDRE à APPRENDRE"
 Développer l'AUTONOMIE
» Savoir chercher et structurer l'information
» Savoir utiliser l'information
On se persuade mieux, pour l'ordinaire, par des raisons qu'on a soimême trouvées, que par celles qui sont venues dans l'esprit des autres
(B. Pascal)
 Privilégier l'acquisition de METACONNAISSANCES
» Savoir ce qu’il faut savoir
» Savoir quand on sait
» Savoir qu’on ne sait pas
» maîtriser des méthodologies (par exemple, modéliser, indexer)
Jean-Marc Labat
Évolutions technologiques
• Les technologies digitales permettent de simuler,
manipuler des objets, éventuellement de manière abstraite
 Réalité virtuelle
» interfaces comportementales en vue de simuler dans un monde
virtuel le comportement d’entités 3D qui sont en interaction en temps
réel entre elles et avec un ou des utilisateurs
 Réalité augmentée
» Association computationnelle d’objets réels et virtuels,
sémantiquement et spatialement liés
 Les dispositifs haptiques
• Les évolutions matérielles
 PDA, smartphones, PSP, Iphones, MP3 players, UMPC
 Le développement des réseaux, les GPS
• Les autres évolutions logicielles
 Les réseaux sociaux, les forums, les blogs, les wikis
Jean-Marc Labat
Évolutions technologiques
• Informatique ubiquitaire ou pervasive
 L’informatique est partout !
Pervasive
computing
Level of embeddedness
High
l’ordinateur a la capacité d’acquérir des
informations, de détecter et d'explorer son
environnement pour obtenir de
l'information et construire dynamiquement
des modèles de l'environnement et
réciproquement
Ubiquitous
computing
mobile + pervasive computing
High
Low
Level of mobility
Traditional
computing
Mobile
computing
Low
[Lyytinen & Youngjin, 2002]
Jean-Marc Labat
De nouveaux modes et dispositifs
d’apprentissage
Axe 1 : Nouvelles interactions Humain-Machine
Approche « serious game »
Nouvelles interfaces
Environnements virtuels, réalité augmentée
Interfaces haptiques, tangibles
Tableaux numériques interactifs
Prise en compte des émotions
Comprendre ce que ressent l’apprenant
Communiquer en montrant des émotions
Axe 2 : « Cloud Learning »
Apprentissage mobile, pervasif, ubiquitaire,
Apprentissage collaboratif
Accès à des ressources « illimitées » sur le Web
Prévues ou non dans un objectif de formation
Jean-Marc Labat
Axe 1 : Approche Serious Game
• Pas de définition universelle
• 3 acceptions
 Utiliser des principes et des technologies des jeux vidéo
pour des applications dans des domaines « sérieux »
 Envelopper un contenu éducatif dans des séquences
ludiques indépendantes du contenu (par exemple avec
des défis ou des récompenses)
» Appelé « ludo éducatif » (type Adibou)
 Concevoir des jeux vidéo dans lequel l’objet même du jeu
est le contenu « sérieux »
» Motivation intrinsèque vs extrinsèque
» Immersion
» Notion de Flow
Jean-Marc Labat
Approche Serious Game
• Idées majeures
 Concept de FLOW :
développer la motivation
intrinsèque
 Tout le monde joue
Jean-Marc Labat
Approche Serious Game : Rôles
• Communication
 Marketing/Publicité « Advertgames »
 Recrutement http://etremarin.fr/#/missions
• Sensibilisation
 Causes humanitaires
» Ex : Food Force http://www.food-force.com/fr/
• Formation
 Professionnelle
» Starbank
 Initiale
» Ex : Supercharged (Navigation en utilisant un champ
électromagnétique)
 Grand public
» Jeux sur la sécurité
Jean-Marc Labat
Approche Serious Game
• La question des apprentissages
 L’apprentissage par le jeu est-il adaptable à tout type de savoirs ?
» Connaissances abstraites ? Concrètes ?
» Savoir-faire ?
» Savoir-être ?
 Faut-il un débriefing après le jeu ? Cela ne risque-t-il pas de
casser la motivation ?
» Quelle forme donner à l’environnement de débriefing ?
» Pour qui : le joueur, le tuteur, le système ?
• La question de l’intégration du jeu et de l’apprentissage
 Tension incontournable entre
» la dimension éducative
Quel équilibre entre le jeu et
l’apprentissage ?
» la dimension ludique
Jean-Marc Labat
Approche Serious Game
• La dimension psychologique
 S’appuyer sur la théorie de la motivation intrinsèque
» Challenge, Curiosité, Contrôle, Fantaisie
 Y a-t-il un risque d’addiction ?
» Côté implicite/caché de l’apprentissage
• La question de la prise en main par les enseignants
 Les enseignants, de tout niveau, veulent rester maître des
ressources qu’ils utilisent dans leur enseignement
 Proposer des outils d’édition
– Permettant d’ajouter, supprimer, modifier le contenu
– Permettant de définir ou modifier la scénarisation
– Durée, ordre des connaissances utilisées, difficulté
– Simples d’accès
– Possibilité d’utiliser les fonctionnalités sans
programmer
Jean-Marc Labat
– Peu coûteux
Axe 1 : Environnements virtuels,
Réalité augmentée
• Substitut numérique aux simulateurs physiques
 Référence au réel (actuel ou potentiel)
 Validité écologique, puissance prédictive, généralisation
 Utilisation d’une ou plusieurs modalités perceptives ou motrices
(vision, geste, toucher, kinesthésie, ouïe…)
=> mise en situation d’opérateurs
• Outil de visualisation et de représentation
 Aller « au delà » du réel (actuel ou potentiel)
 Fonctionnalités spécifiques, i.e. non uniquement centrées sur la
présentation 3D
=> analyse, réflexion, travail coopératif
Jean-Marc Labat
Exemple : Projet Terra Dynamica
• Terra Numerica
 FUI 2006-2008,
Cap Digital
 Ville virtuelle réaliste
 Comment l’animer ?
» piétons, véhicules,.
 Terra Dynamica
 FUI 2010-2012, Cap Digital
 10 partenaires, LIP6 (SMA)
en charge de l’IA des agents
 Applications:
» Jeux, sécurité,
transports, urbanisme
Jean-Marc Labat
Exemple : le simulateur FIACRE (SNCF)
Objectif :
Former les conducteurs à des procédures rares mais importantes
car liées à la sécurité
Contexte :
Panne dans le système de contrôle commande de l'aiguillage
Jean-Marc Labat
Axe 2 : Apprentissage mobile
• Pourquoi penser « Mobile Learning » ?
 Les acquisitions de compétences des adultes se font pour la
plupart à l’extérieur des institutions éducatives
 Les apprenants ont des besoins de plus en plus hétérogènes
 Les apprenants sont de plus en plus autonomes et accèdent à de
multiples sources d’informations distribuées
• Mobilité
 Spatiale
» Les apprenants sont situés en différents lieux
 Temporelle
» Les apprenants ne sont pas libres en même temps
 Thématique
» Les apprenants passent d’un sujet à un autre
 Technique
» Les apprenants passent d’un outil à un autre
Jean-Marc Labat
Caractéristiques de l’apprentissage mobile
• Apprentissage situé
 L’apprentissage peut se faire dans un contexte qui inclut une
tâche authentique, dans un lieu et à un moment qui sont adaptés
au contenu d’apprentissage
 Exemples
» Vérifier un point de grammaire, avoir une explication sous forme
de vidéos, écouter des contenus en dehors de la classe, avoir un
feedback immédiat
• Processus social qui rassemble les apprenants dans des
communautés
 L’apprentissage ne se fait pas par un seul enseignant mais par
les interactions entre les membres de la communauté
 L’apprenant peut aussi jouer le rôle d’enseignant pour d’autres
 Apprentissage collaboratif
Jean-Marc Labat
Apprentissage pervasif
• Définition
 Extension de l’apprentissage mobile intégrant des équipements
pervasifs et la prise en compte de l’environnement physique et
numérique
»  adaptation au contexte
• Exemple
 Apprentissage et travail dans une situation de vente
» En absence de client
– Entrer les codes produit grâce à son lecteur RFID
– Vérifier et corriger les contenus des fiches produits
– Consulter le forum, reprendre ses révisions là où il les a laissées
» Face à un client
– Trouver des réponses pertinentes
– Proposer un tableau comparatif des modèles sélectionnés
– Déporter l’affichage sur une borne face au client
– Faire appel à un collègue géolocalisé
Jean-Marc Labat
Axe 2 : L’apprentissage collaboratif
• Définition
 Sens strict : Les apprentissages produits en fonction d’une
coopération ou d’une collaboration
 Sens large : Tout apprentissage produit quand les apprenants
travaillent en groupe
• Besoin de socialisation de l'apprenant
 En particulier, développement d'une coopération entre apprenants
dans le cadre d'une pédagogie par projets
• Avantages de l’apprentissage collaboratif
 La co-construction des connaissances
 La restructuration des connaissances, des représentations du
problème à résoudre par le dialogue
 Le tutorat entre pairs, l’effet de l’auto-explication
 L ’intégration progressive au sein d’une communauté de pratique
Jean-Marc Labat
• Objectif
Exemple : La table Reflect
 Améliorer la qualité de l'apprentissage collaboratif en
soutenant l'autorégulation du groupe et des individus
• Moyen
 La table Reflect fonctionne comme un miroir
http://craft.epfl.ch/page66272-fr.html
Jean-Marc Labat
Synthèse : Principes éducatifs
• Les jeux vidéo à succès reposent sur des qualités qui
sont désirables pour un enseignement efficace
 Les jeux apportent du plaisir
 Les joueurs doivent être actifs
 Les jeux amènent les joueurs à un profond investissement,
notamment en jouant différents personnages
 La perception et l’action sont profondément connectés
 La difficulté dans les jeux est progressive
 Les challenges sont difficiles à réaliser mais faisables
 L’expertise est acquise par la répétition du jeu
 Les informations sont fournies juste à temps et à la demande
 Les premiers niveaux sont de type « bac à sable »
 Les jeux demandent d’associer un ensemble de compétences pour
construire une stratégie permettant aux joueurs d’atteindre leur but
Jean-Marc Labat
Synthèse : Dispositifs d’apprentissage
• Inventer de nouveaux scénarios d’apprentissage
mixant :
 Utilisation de ressources en ligne
» Peu interactives : vidéos, documents numériques
» Fortement interactives : réalité virtuelle, simulation, serious
games
 Réalisation de projets et d’études sur le terrain
» Basé sur la coopération entre apprenants
» Intégrant la réalité augmentée
» Utilisant les outils numériques PDA, UMPC, …
 Échanges asynchrones entre pairs et avec des tuteurs
» Entre autres, pendant les études sur le terrain
 Echanges en présentiel
» pour des périodes de débriefing
» Pour structurer les acquis
Jean-Marc Labat
» Pour les utiliser dans d’autres contextes
Conclusion
• Convergence forte entre
 La cognition située
 Théories d’apprentissage
» Constructivisme, constructionisme
 Evolutions technologiques
» Réalité virtuelle, augmentée, Réseaux sociaux, Dispositifs mobiles
• Objectifs
 Apprendre quels que soient le LIEU, le MOMENT, la RESSOURCE
 Développer
les activités
l’autonomie
la métacognition
la motivation
des apprenants
 Favoriser et valoriser les apprentissages informels, implicites,
inattendus
Vers une société apprenante
Jean-Marc Labat
Quelques pointeurs
• Rapport sur l’économie numérique, Alain Bravo, Juillet 2009
• Rapport fait pour le PIRSTEC, Pierre Tchounikine, Juillet 2009
• Rapports sur les voyages d’étude au BETT, CAP DIGITAL et PM
Conseil, Mars 2008 et 2009
• Ecole thématique du CNRS, été 2009 « Mobile Learning »
http://molene.enstb.org/mlearning09/
• Good video games + good learning, James Paul Gee, 2007
• Environnements informatiques pour l’apprentissage humain, Hermes,
collection IC2, 2006
• Exposés de :
 Elena Pasquinelli, séminaire AIDA, 2010
 Stéphane Natkin conférence EIAH, 2009
 Jean-Marie Burkhardt conférence EIAH, 2009
 Michael Baker, Ecole d’été Guidel (IUFM), juin 2007
• Projet REFLECT, EPFL, http://craft.epfl.ch/page66272-fr.html
Jean-Marc Labat