Congrès de mars 2022: La transformation numérique des univers de formation aujourd’hui et demain

Les phénomènes scientifiques sont souvent difficiles à comprendre pour les apprenants, car ils sont très complexes. Les plateformes d'apprentissage électronique individualisées telles que la réalité mixte (RM) combinent des objets virtuels ancrés avec la réalité, permettant aux étudiants de découvrir leur environnement d'une nouvelle manière et leur offrant un espace sûr pour explorer la matière avec des conséquences limitées.

Grâce à une application RM modulaire innovante appelée ALETHA, basée sur les principes des sciences de l'apprentissage, il est possible d'améliorer la compréhension de la matière par les élèves. Leur perception est élargie, leur intuition est stimulée et la théorie abstraite et la pratique réelle sont associées. Les premiers résultats d'une étude pilote montrent que les étudiants équipés d'ALETHA obtiennent de meilleurs résultats d'apprentissage par rapport aux groupes de contrôle qui étudient la même matière sans RM, car ils développent davantage d'intuition.

Réponses aux questions posées via le chat lors de la conférence

• Question : Une variante de la RV ne serait-elle pas l'apprentissage par le mouvement (embodiement) ? Qu'en pensez-vous, Madame Schürle ?
  
  Réponse S.S.-F. : Merci beaucoup pour cette question ! Par "embodiment", il faut comprendre la représentation virtuelle de la personne dans l'espace virtuel. Il pourrait en effet être utile de représenter d'abord virtuellement certains mouvements, comme celui du pipetage, pour que les étudiants puissent ensuite reproduire ce mouvement avec des pipettes réelles. 
   
• Question : Le système reconnaît-il le poste de travail dans le monde réel et affiche-t-il les modules d'apprentissage correspondants (bottom-up) ? Ou est-ce que cela est géré de haut en bas ?
  
  Réponse S.S.-F. : Merci beaucoup pour cette question. C'est en partie, nous avons d'une part certains points de repère qui sont demandés par le système et saisis par l'utilisateur, comme par exemple si une série de réactifs est prête, le système sait alors à quelle étape on se trouve et il continue. D'autre part, nous utilisons aussi à certains endroits des codes AR, c'est-à-dire des codes QR pour AR, afin d'assurer une meilleure superposition de la représentation graphique sur les objets réels. Par exemple, nous avons simulé la dynamique des fluides dans la puce microfluidique et celle-ci a été projetée sur la puce et positionnée à l'aide de codes AR. 
   
• Question : Conseil si l'on n'a pas l'argent pour acheter un Hololens: https://apps.apple.com/ch/app/jigspace/id11111934
  
  Réponse S.S.-F. : Merci pour cette remarque ! Je ne le connaissais pas.
   
• Question : @Schürke-Finke - Comme valeur ajoutée de la réalité mixte dans l'enseignement en laboratoire, on pourrait également thématiser les économies de coûts. en "simulant" certains appareils ou processus coûteux et/ou difficiles d'accès.
  
  Réponse S.S.-F. : Absolument, c'est un très bon point ! Une partie de la fabrication pour la microfluidique a lieu dans des salles blanches, ce qui est difficilement réalisable pour de tels cours. De plus, certains processus peuvent être itérés plusieurs fois ("Trial and error"), ce qui est très instructif mais trop coûteux.
   
• Question : Qu'en est-il de l'effort à fournir pour créer des contenus très spécifiques ?
  
  Réponse S.S.-F. : Merci beaucoup pour cette question importante. Nous avons spécialement conçu Aletha de manière très modulaire afin de pouvoir charger de nouveaux contenus d'apprentissage le plus facilement possible. Cela fonctionne via une application web qui permet d'éditer et d'insérer des questions, des instructions et des supports visuels.
   
• Question : Pouvons-nous considérer ALETHA comme un système auteur permettant de créer des scénarios de RM au-delà du laboratoire ?
  
  Réponse S.S.-F. : Oui, tout contenu pédagogique pourrait être chargé, même pour tout autre environnement que le laboratoire !
   
• Question : Y a-t-il un lien entre la réalité mixte dans l'enseignement en laboratoire et le futur quotidien professionnel ?
  
  Réponse S.S.-F. : Si quelqu'un doit travailler plus tard dans un laboratoire, c'est bien lui ! Les étudiants fabriquent une puce microfluidique par RA, qu'ils testent ensuite selon une application réaliste.
   
• Question : Si un bot ne fait "que" lire Wikipédia, où est la valeur ajoutée ? Comment procède-t-on à une réduction didactique ? Comment le niveau est-il garanti ? Comment peut-on modérer ?
  
  Réponse S.S.-F. : D'une part, on ne lit pas Wikipédia, mais on communique de manière ciblée des contenus d'apprentissage traités par différents médias. Les relations sont expliquées, visualisées par des simulations et des formules, sur la base du principe d'apprentissage de la représentation multimédia, ce qui doit conduire à une meilleure compréhension. Le niveau est donc garanti et défini par l'enseignant. Les progrès des étudiants peuvent être suivis en direct par l'enseignant et les étudiants reçoivent eux aussi un feedback en direct, grâce aux points qu'ils accumulent en cas de réponses correctes et à la progression dans l'application lorsqu'ils réussissent une tâche.
   
• Question :  Nous utilisons un autre système et mettons par exemple en scène des scènes de la vie quotidienne (par exemple, dans notre cursus de diététique, l'enseignement d'un plan de régime), cela fonctionne très bien et les étudiants s'en servent pour la préparation des examens (examen par jeu de rôle).
  
  Réponse S.S.-F. : Cela semble également très intéressant ! Merci beaucoup pour cette contribution.
   
• Question : @Frau Schürle-Finke : N'est-il pas important justement que les élèves fassent l'expérience du laboratoire ? Les difficultés d'une expérience de laboratoire font partie de l'apprentissage ; justifier l'utilisation du virtuel pour éviter ces difficultés me semble aller dans le mauvais sens, en faisant croire aux élèves que tout marche toujours bien... (et par extension, en faisant croire aux adultes que la science, c'est facile...) Les autres arguments que vous présentez pour des labos virtuels (éviter des dangers, possibilité de voir des choses invisibles à l'oeil nu) me semblent plus pertinents...
  
  Réponse S.S.-F. : Merci beaucoup pour ce commentaire. Il est en effet important que les étudiants acquièrent une expérience de laboratoire, mais c'est précisément ce que permet la RA, contrairement à la RV pure. Je considère que c'est littéralement le meilleur des deux mondes, dans la mesure où les cours basés sur la RA nous permettent de superposer très efficacement l'expérience pratique réelle et les contenus d'apprentissage théoriques.

​​​​​​​La conférencière

Simone Schürle, née en 1985 à Ulm, en Allemagne, est professeure assistante à l'EPF de Zurich, en Suisse, où elle dirige le Responsive Biomedical System Lab. Avec son équipe, elle développe des systèmes diagnostiques et thérapeutiques à l'échelle nanométrique et micrométrique dans le but de résoudre une série de problèmes exigeants en médecine. Avant d'occuper ce poste, elle a mené des recherches au MIT sur les nanocapteurs pour le profilage tumoral in vivo et sur les méthodes d'amélioration sans fil du transport des médicaments (2014-2017). Elle a reçu plusieurs distinctions, dont le Prix Zonta 2019 pour les femmes dans le domaine des sciences, ainsi que des bourses du FNS, du DAAD et de la Fondation Branco Weiss, et a été honorée par le Forum économique mondial (WEF) pour ses contributions scientifiques à la société en recevant le prix "Young Scientist". En 2014, elle a cofondé la spin-off MagnebotiX, qui propose des systèmes de contrôle électromagnétique pour la micromanipulation sans fil. Elle a obtenu son doctorat en 2013 à l'EPFZ, avec une spécialisation en microrobotique, et a obtenu un master en ingénierie économique, avec une spécialisation en microsystèmes et nanotechnologies, à l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne.

Le conférencier

Claus Beisbart a obtenu son doctorat en physique et en philosophie à Munich. Après avoir travaillé à Constance, Pittsburgh et Dortmund, il a rejoint l'Université de Berne en 2012, où il occupe un poste extraordinaire en philosophie des sciences. Il s'intéresse aux méthodes scientifiques assistées par ordinateur, à la philosophie de la physique et aux fondements de l'éthique.

Dans son intervention vidéo, M. Beisbart a expliqué comment les simulations informatiques permettent non seulement d'établir des prévisions (météo), mais aussi de représenter des scénarios et des modèles, de créer des marges de manœuvre (COVID-19) et de favoriser la compréhension par la mise en réseau. Il a également souligné les points d'achoppement, comme le risque de confondre simulation et réalité.

Question

Tout d'abord, je vous remercie vivement pour cet exposé très intéressant. Dans l'exposé, il est dit qu'il est important que la réalité soit bien représentée par une simulation informatique. Mais il est tout aussi important de ne jamais oublier qu'il s'agit de modèles lors du travail sur les simulations informatiques. Selon le professeur Beisbart, même les scientifiques peuvent courir le risque de rester prisonniers du modèle parce qu'ils sont trop convaincus de sa pertinence. A fortiori, de nombreuses personnes moins entraînées à la pensée critique pourraient avoir du mal à retrouver la réalité physique à partir des réalités virtuelles dans lesquelles elles évoluent (par ex. en jouant) et qui deviennent encore plus parfaites avec Metaverse (risque de fuite dans des mondes virtuels).

Qu'est-ce que cela signifie pour la didactique (et la méthodologie) lors de l'utilisation de simulations informatiques ? Celle-ci reçoit-elle l'importance nécessaire dans la recherche et l'enseignement dans les hautes écoles ? Dans quelle mesure l'éthique - dans la recherche et l'enseignement - se préoccupe-t-elle également de cet aspect particulier ?

Concrètement, lors de l'utilisation de simulations informatiques, il faudrait garder à l'esprit ce qu'une application donnée peut ou ne peut pas faire par rapport à un objectif clair. Il est essentiel de garder à l'esprit que dans la vie réelle, il n'y a pas de bouton de réinitialisation. Pas dans le simulateur de vol, mais dans le monde physique, l'avion ne s'écrase qu'une seule fois, avec des conséquences mortelles. Les laboratoires numériques sont beaucoup moins chers et permettent de réaliser de nombreuses expériences sans danger, le laboratoire dans le monde réel n'explose qu'une seule fois également.

Les limites des simulations informatiques apparaissent clairement pour tous les processus irréversibles. Cela concerne notamment les applications dans le domaine social et sociétal (p. ex. évolutions historiques). Ces aspects sont-ils suffisamment pris en compte dans la didactique ?

Réponse

Merci beaucoup pour cette question intéressante et importante !

Comme vous le suggérez, dans les simulations informatiques, tout dépend de l'objectif. Il existe des simulations informatiques (et bien sûr des jeux informatiques) qui développent délibérément des scénarios qui ne sont pas considérés comme réels ou réalistes. Dans les simulations scientifiques de ce type, il s'agit souvent d'étudier ce que certains modèles prédisent, même s'ils ne sont pas du tout réalistes. Dans les jeux informatiques, on donne aux joueurs la possibilité de s'amuser dans un monde qui ne ressemble pas particulièrement au nôtre. Dans les applications informatiques de ce type, il me semble improbable de confondre le monde simulé avec le monde réel, car le caractère contrefactuel de la simulation est essentiel et donc conscient. Il existe peut-être une exception pour les jeunes enfants, qui consacrent une part significative de leur temps à de telles applications informatiques.

D'autres simulations informatiques visent à représenter de la manière la plus réaliste possible un système réel donné, comme l'atmosphère de la Terre. Les résultats empiriques que j'ai mentionnés se rapportent à de telles simulations : Les chercheurs qui s'intéressent beaucoup aux simulations leur font confiance et ont tendance à considérer comme problématiques les données qui ne sont pas compatibles avec les résultats des simulations. Il existe donc déjà ici un risque de confusion entre le monde réel et le monde simulé. Toutefois, cela ne pose pas de problème si les simulations sont bien validées, c'est-à-dire si elles reproduisent à peu près correctement la partie de la réalité étudiée. En outre, les chercheurs travaillant dans le domaine de la modélisation savent au moins que les simulations et les modèles ne représentent généralement la réalité que sous des aspects spécifiques et pas sous d'autres. Ainsi, l'espace et le temps sont souvent décomposés en parties discrètes dans les simulations, car le temps qui s'écoule en continu ne peut pas être représenté de manière adéquate sur l'ordinateur. C'est pourquoi les chercheurs qui travaillent sur des simulations informatiques ne pensent pas que le temps ne s'écoule pas de manière continue.

La question met l'accent sur une disanalogie générale entre les simulations et la réalité : Dans la réalité, il y a des événements uniques et des processus qui ne peuvent pas être inversés. Dans une simulation, on peut toutefois simuler plusieurs fois un processus unique ; les processus peuvent être inversés ; une simulation dans laquelle un désastre est simulé peut toujours être relancée. Il y a donc un risque que les personnes qui s'occupent beaucoup de simulations perdent le sens que les événements sont uniques et que certains processus sont irréversibles. Comme le suggère la question, ils pensent peut-être qu'ils peuvent aussi appuyer sur le bouton "reset" dans la réalité. Ce serait évidemment extrêmement dangereux.

L'ampleur de ce risque (et d'ailleurs aussi l'efficacité de la simulation informatique dans différents contextes d'enseignement) doit finalement être étudiée empiriquement. Cela dépendra certainement de divers facteurs, comme le temps que les gens passent sur l'ordinateur ou le fait qu'ils aient étudié la simulation de manière théorique. En didactique, de telles questions sont certes étudiées ; un travail plus ancien qui aborde ce sujet est celui de Ronen & Eliahu (1999). Je n'ai toutefois pas connaissance d'un travail qui réponde de manière exhaustive à cette question.

De telles questions sont également centrales pour l'éthique de la simulation informatique. Brey (1999), Williamson (2010) et Chalmers (2017), par exemple, en ont fait les premières approches. L'une des questions qui y est posée est de savoir quelle est la signification éthique des crimes dans le monde virtuel. Toutefois, la simulation informatique n'a jusqu'à présent fait l'objet que de très peu d'études éthiques - moins que l'apprentissage automatique, par exemple. En ce sens, vous mettez le doigt sur un problème important qui devrait être étudié de plus près !

1. Brey, P. (1999). The ethics of representation and action in virtual reality. Ethics and Information Technology 1 (1), 5-14.
2. Ronen, M., & Eliahu, M. (1999). Simulation as a home learning environment—Students’ views. Journal of Computer Assisted Learning 15 (4), 258-268.
3. Shults, F. L., Wildman, W. J. (2019). Ethics, Computer Simulation, and the Future of Humanity. In: Diallo, S., Wildman, W., Shults, F., Tolk, A. (eds.) Human Simulation: Perspectives, Insights, and Applications. New Approaches to the Scientific Study of Religion, vol 7. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17090-5_2
4. Williamson, T. J. (2010). Predicting building performance: the ethics of computer simulation, Building Research & Information 38 (4), 401-410, DOI: 10.1080/09613218.2010.481204

Grâce à l'optimisation des systèmes et au Big Data, Menon Skills AG fait radicalement avancer le passage d'un enseignement basé sur l'évaluation à un enseignement basé sur les compétences, en mettant à disposition un écosystème d'instruments (numériques). Au cœur de cet écosystème se trouve le feed-back continu et multi-perspectives qui permet des jugements intersubjectifs.

Le canton de Zoug, la Fachhochschule Nordwestschweiz et Menon Skills AG ont fait preuve d'innovation. Dans l'ensemble, le projet offre un grand potentiel pour aider les enseignants à évaluer les performances des apprenants.
 

Le conférencier

Flavio Carrera est cofondateur de Menon Skills AG, dont la vision est de révéler et d'encourager les potentiels et les talents des personnes. Carrera, porteur de la ceinture jaune-orange de judo, a étudié la philosophie et la biologie aux universités de Berne et de Valladolid et a obtenu le diplôme d'enseignement pour les écoles de maturité dans la discipline de la philosophie, qu'il continue d'enseigner avec passion. Outre sa passion pour le développement scolaire, il consacre son temps libre à l'art culinaire sans coriandre et apprécie les livres.

Nous avons tous tendance à sous-estimer l'avenir, à lui accorder moins d'importance et, surtout, à croire que les décisions qui se rapportent à l'avenir s'accumulent toutes à l'extrémité lointaine de l'horizon temporel.

Mais rien n'est moins faux, de nombreuses décisions prises pendant les études doivent être prises maintenant pour avoir un impact sur l'avenir (par exemple, dans le travail). Aujourd'hui, nous devons nous préparer à ces changements, mais nous devons surtout nous préparer à saisir toutes les opportunités qui se présenteront grâce aux changements que cette transition entraînera.
 

La conférencière :

Économiste de formation, experte en formation continue, futuriste et auteure, Isabelle Chappuis s'intéresse à l'avenir du travail et à la place de l'homme dans celui-ci. Après avoir occupé différents postes de direction dans le domaine de la formation continue à l'UNIL, elle est aujourd'hui directrice du Swiss Center for Positive Futures à la Faculté des HEC, qu'elle a cofondé à l'Université de Lausanne. Elle est co-auteur du livre "HR Futures 2030 - A Design for Future-Ready Human Resources".