CONCILIER FORMATION EXPÉRIMENTALE ET
APPRENTISSAGE À DISTANCE À L’AIDE DE RESSOURCES
MULTIMÉDIAS : LE PROGRAMME É[email protected]
Herminia BETTEGA*, Florence CHARBONNIER*, Cédric D'HAM*, Isabelle GIRAULT*, Lucien LUMBROSO**
* LIDSET Université Joseph Fourier (Grenoble 1) ** CCE Couleur Communication Écriture, Domont
MOTSCLÉS : FORMATION EXPÉRIMENTALE FORMATION À DISTANCE
TUTORAT AUTOMATIQUE - SIMULATION
RÉSUMÉ : Le programme [email protected] consiste en la création de briques matérielles et
logicielles pour une formation à l’expérimentation accessible par télécommande via Internet. L’élément clé du programme-test est une manipulation de chimie pilotée et observée à distance, avec rapatriement de données chez l’utilisateur et exploitation en groupe de plusieurs apprenants.
ABSTRACT : [email protected] consists in the design of real-world experiments that can be
conducted at a distance, mediated over the WWW. The test-program offers remote control of a real experiment in chemistry by the user and collection and analysis of data by a group of learners.
1. CONTEXTE DU PROJET
Ce projet est le résultat d’une réflexion générale menée à l’Université Joseph Fourier (UJF) sur les difficultés liées à l’enseignement des sciences expérimentales pour un public de non spécialistes à l’échelle de grands effectifs (150 à 200 étudiants de niveau premier cycle universitaire) en assurant un enseignement motivant et personnalisé et un lien fort avec le concret. La stratégie de formation retenue repose en particulier sur le pari de tenir compte de la culture des apprenants en mobilisant des savoir-faire technologiques bien maîtrisées et appréciées par leur génération et en conservant un contexte de culture scientifique de qualité. Elle vise également un renforcement du rapprochement entre l’offre d’enseignement de l’université et l’actualité des résultats de la recherche effectuée au sein de ses laboratoires, cette ambition devant guider en particulier le choix de contenu des supports théoriques et culturels offerts à l’apprenant par le biais du tutorat automatique.
La Société Couleur Communication Écriture (CCE) a réalisé un outil pédagogique pour la formation expérimentale en sciences physiques dans l’enseignement secondaire, ÉducAffix, qui intègre des technologies variées (visioconférence, transmissions de données temps réel sur IP) et des moyens techniques d'Enseignement en Sciences Expérimentales Assisté par Ordinateur (EXAO). Elle a proposé à l’ANVAR en mai 1998 un projet ayant pour but de créer une première application de Pédagogie Interactive en Point à Point, le tutorat étant à ce stade assuré par un enseignant présent sur le lieu de l’expérience. La technologie développée, associant données temps réel et visioconférence sur un même canal IP, avait pour objectif d’évoluer ensuite vers une offre d’accès Multi Point via Internet. L’intérêt pédagogique du produit a été reconnu et le projet Labellisé en septembre 1998, avec la signature d’une Convention 1999-2000 avec le MENRT et la Ligue de l’Enseignement (conduisant à la mise à disposition d’un enseignant du Lycée Bergson à Paris). Le dispositif EducAffix, concrétisant le projet terminé fin 1999, a été présenté au salon Éducatec, où il a reçu la Mention du Concours CERVOD. De tels équipements ont été livrés au Lycée Bergson, à la Fondation Riste et à l’hôpital Debré, où les adolescents hospitalisés peuvent suivre une séance de Travaux Pratiques à distance avec interactivité sur la mesure et l’observation de l’expérience par télécommande des caméras.
C’est dans ce contexte que le LIDSET (par ses thématiques de recherche axées sur la démarche expérimentale, l’utilisation du multimédia dans l’éducation et les questions de formation à distance) et la Société CCE (par ses compétences dans les domaines de la communication et de l’automatisme et en enseignement à distance avec la conception du produit ÉducAffix) se sont rapprochés, pour définir en commun les modalités de développement d’un enseignement à distance en sciences expérimentales combinant expérimentation en ligne, simulation et tutorat automatique.
É[email protected] a pour but de mettre en ligne des expérimentations dans des conditions propres à développer en parallèle les connaissances théoriques et les aptitudes pratiques spécifiques de l'apprentissage d'une science expérimentale, telle la chimie. L’outil doit permettre un développement des connaissances, compétences et aptitudes, formant le futur expérimentateur par exemple à la prise de risques calculée dans la planification des expériences et le choix des conditions de travail puis le suivi du déroulement. Il s’agit de montrer à l’apprenant, malgré la distance, la corrélation entre l’ensemble de ses gestes et la succession des événements pour le rendre capable d’anticiper.
2. TYPES DE RESSOURCES UTILISANT LE WEB DANS UNE FORMATION EXPÉRIMENTALE À DISTANCE ET ÉTAT DES LIEUX SUCCINCT
Le contexte social actuel de l’éducation impose le développement de méthodes et outils de formation pour apprendre tout au long de la vie. Au centre du contexte technologique se trouvent les développements de l’informatique et des réseaux de communication. Ce contexte crée une dynamique de recherche assurée en particulier par des appels d’offre européens (e-learning) et l’engagement de grands groupes industriels (cartable électronique, portails, commerce éducatif, ...), aboutissant à des ressources de types variés.
2.1 Types de ressources
On peut distinguer plusieurs types de ressources d’éducation à distance utilisant le multimédia dans la formation expérimentale, offrant l’accès soit à l’observation d’une situation réelle par visioconférence, soit à des données réelles, soit à des objets réels.
Certaines ressources utilisent la téléconférence pour toucher un grand effectif délocalisé lorsque la participation à la situation réelle doit se limiter à un petit nombre. De telles « observations de cas » sont exploitées par exemple dans les études médicales (utilisées d’abord en anesthésie puis élargies à d’autres champs, pour les personnels puis les étudiants) ; il peut s’agir de simulations de cas cliniques sur mannequin, de type « simulation réaliste » (J. B. Cooper et al., 2000).
Certaines ressources offrent l'accès à des données via Internet. S. Argast et al. (1998) en donnent un exemple dans l'enseignement des géosciences. Un utilisateur distant peut accéder au contrôle des conditions opératoires d’un diffractomètre rayons X et rapatrier une figure de diffraction. Cela assure une économie de moyens (des personnes distantes, dont des étudiants, peuvent utiliser un appareil coûteux existant dans une structure de recherche) et un renforcement des liens entre la recherche et la formation à l'université.
Des ressources d’un troisième niveau permettent à un apprenant d'interagir, non plus avec un logiciel de données mais directement avec des objets réels. Le Laboratoire d'Informatique de l'Université du Maine (LIUM) a ainsi développé des Travaux Pratiques d'automatismes à distance : dans le projet « Roboteach », les élèves peuvent identifier les différents constituants d’une maquette, justifier le choix des actionneurs et des capteurs, faire fonctionner les constituants. Un tutorat est associé à l'expérimentation, avec la présence synchrone d'un enseignant à distance. L’Institut National des Sciences Appliquées (INSA) de Lyon a lancé des projets de même type : le projet « Pieuvre » par exemple a abouti à la réalisation d’un prototype de Travaux Pratiques d'automatismes à distance fondé sur la problématique des apports possibles d'un tel produit et des places à réserver aux nouvelles technologies de la réalité virtuelle et de la réalité augmentée.
Le produit ÉducAffix, commercialisé par la société CCE, constitue un type de ressource hybride. L'apprenant distant partage les moyens et ressources d'une salle de Travaux Pratiques avec un groupe d'élèves et son professeur interagissant eux-mêmes au sein d’un établissement scolaire.
2.2 Le produit ÉducAffix
Le produit ÉducAffix offre des Travaux pratiques en sciences expérimentales par télémesure et visioconférence, en accès en Point à Point. Les élèves distants (postes distants) participent à des expérimentations en temps réel via la visioconférence (passerelle de visioconférence RNIS 128) et les apprenants présents dans une salle de Travaux Pratiques (poste serveur). Ils reçoivent et visualisent graphiquement les données en temps réel et peuvent suggérer des protocoles expérimentaux, observer l’expérience, dialoguer avec les manipulateurs, créer un compte rendu commun.
La technologie mise en œuvre exploite les progrès des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication (NTIC) pour communiquer en temps réel (liaisons Numéris, visiophonie, techniques de compression…), accroître l’interactivité par le pilotage à distance d’une caméra, acquérir et diffuser les données en temps réel pour permettre la représentation graphique immédiate du phénomène observé.
Les objectifs visés sont de réaliser des Travaux Pratiques à distance interactifs dans les domaines de l’enseignement à distance et de la formation continue professionnelle, incluant l’industrie. Ils sont basés sur l’ambition de mutualiser les ressources des laboratoires (aspects économiques) et améliorer la formation des élèves distants, en luttant contre l’isolement par intercréativité, pour les apprenants subissant des hospitalisations longues ou répétées par exemple (aspects pédagogiques). Les développements industriels assurés par la société CCE visent l’extension à une diffusion Point -Multipoint par un réseau Intranet local distant, et à une diffusion par Internet, ainsi qu’une augmentation de l’interactivité.
3. LE PROGRAMME É[email protected] POUR LA FORMATION EXPÉRIMENTALE EN CHIMIE
3.1 La question d’une formation expérimentale en chimie à distance
La particularité du projet É[email protected] se situe dans la nature de la question posée : peut-on concilier le concept de formation à distance et les aspects expérimentaux de la formation à une science expérimentale, telle la chimie ?
Actuellement la solution choisie par les centres de formation à distance, pour les aspects expérimentaux de l’apprentissage des sciences expérimentales, est le regroupement des étudiants sur un même site pour un temps limité. Cette partie de la formation reste donc assurée en présentiel, bien que le déplacement soit souvent une contrainte pour ces apprenants, voire impossible dans certains cas. Une autre solution, correspondant encore à un enseignement présentiel, est d'envoyer un formateur et des mallettes rassemblant le matériel sur des lieux où les apprenants sont regroupés. Le projet É[email protected] se propose d’offrir une partie expérimentale de la formation également à distance.
3.2 Description du programme É[email protected]
É[email protected] est un acronyme choisi pour Éducation et @utoformation avec formateur interactif en ligne, en sciences expérimentales, avec accès à des ressources de laboratoires multimédia en environnement sécurisé, via Internet.
Ce projet vise une offre de manipulations pilotées et observées à distance via Internet, où l’apprenant peut agir directement sur des objets concrets de sa discipline en manipulant dans des conditions réelles. Dans cet objet pédagogique interactif, l'interactivité est caractérisée par un échange entre apprenants et par une action sur les données et sur l’objet. Dans un premier temps, le programme test se focalise sur une expérimentation de chimie automatisée, avec manipulation par un apprenant distant. La complexité de la conception du produit réside dans le double aspect de l’objet à construire, à la fois « expérimental » et « distant » et dans les difficultés inhérentes à la chimie (multitude et variété des tâches, complexité du suivi et de la validation des phases successives du processus). Le cœur du dispositif est l’objet réel. Un tutorat automatique, composé de plusieurs briques, doit pouvoir aider l'apprenant aux différents de stade de l'expérimentation, pendant la préparation de l'activité expérimentale, en cours de manipulation, en période de questionnement, en phase de prise de décision au sein du groupe. Des logiciels et réseaux doivent permettre la manipulation, l’observation, l’analyse et la mutualisation. Les briques du tutorat seront de plusieurs natures, visant à la fois l’apprentissage des activités de manipulation et celle de la mise au point et du suivi d’expérimentations :
- pour apprendre à manipuler (le matériel, les gestes clés) et à pratiquer une expérience : des séquences filmées, des simulations, le visionnage de la manipulation réelle pilotée à distance (éventuellement par un autre apprenant du groupe, et avec information sur les phases de décision et de contrôle),
- pour apprendre à concevoir et exploiter une expérimentation (recueillir et analyser les données, travailler en équipe) : l’accès à des données, leur exploitation en travail collaboratif.
Les protocoles d’expérimentation et de tutorat seront élaborés dans une perspective d’extension à un apprentissage de la chimie dans sa globalité et des sciences expérimentales en général.
3.3 Le statut de la simulation ; l’articulation entre réel et virtuel ; la question de l’évaluation de l’environnement construit
On peut distinguer plusieurs niveaux de « virtuels » (simulation, objet réaliste, …) et plusieurs niveaux de « réel » (film non interactif, manipulation réelle effectuée par un tiers, manipulation réelle contrôlée à distance, …). Les deux mondes, celui de la fiction et celui de la réalité, entretiennent des liens étroits, en particulier dans les situations d’apprentissage, où l’apprenant progresse par des représentations qui s’enrichissent progressivement.
Dans É[email protected], le virtuel est présent par des simulations, le réel est présent à la fois par la séquence filmée qui doit apporter la description du matériel et des gestes clés nécessaires pour apprendre à manipuler, et par l’expérience pilotée à distance par Internet. L’apprenant pouvant préparer son expérimentation en la simulant avant de l’exécuter, l’analyse de la situation permettra d’étudier dans quelles mesures la phase de modélisation peut être déterminante pour la construction des connaissances, le retour au réel permettant un réinvestissement immédiat des connaissances ainsi acquises.
Un seul apprenant pourra manipuler l'objet réel, plusieurs apprenants pouvant suivre l’évolution de l’expérimentation et interagir entre eux. Il faudra pouvoir gérer les échanges entre tous les apprenants dans le but de converger vers une solution expérimentale unique. É[email protected] comporte ainsi la dimension supplémentaire d'apprentissage du travail collaboratif. Les apprenants sont placés dans une organisation en réseau sans hiérarchie « élève-enseignant » et disposent d’un soutien pédagogique personnalisé par tutorat automatique. La mise à disposition de ressources partageables, à la fois physiques et intellectuelles, comme moyen de pallier l’inconvénient de l’isolement induit par la distance, sera à évaluer, ainsi que le résultat sur l’attrait pour la discipline, de la présence de liens hypertexte conçus de façon à favoriser le recours à l’intuition et à l’imaginaire permettant un vagabondage parmi toutes les connaissances disponibles.
Il existe à ce jour de nombreuses applications exploitant les ressources des NTIC dans l’enseignement mais comparativement peu d’études sur les résultats en termes de qualité de la
formation, bien que de nouveaux modèles pour l’analyse de ces nouvelles situations aient été proposés.
Face au développement des ressources d’enseignement à distance, les questions telles que « Faut-il ou ne faut-il pas s’engager dans l’enseignement à distance ? L’enseignement à distance est-il supérieur à la pédagogie traditionnelle ? » ne semblent pas être les bonnes questions (C. C. Schifter, 1999). Schifter propose de construire un programme de démarche qualité suivant cinq pistes d’analyse pour assurer la satisfaction des objectifs de formation et des besoins des étudiants. Il s’agit de s’adapter au public visé (à la fois l’établissement hôte et les étudiants), de sélectionner dans les curricula les domaines d’enseignement les mieux adaptés (par leurs buts, objectifs, méthodes), de s’adapter aux ressources techniques disponibles et enfin de respecter les dimensions éthiques, esthétiques et culturelles du nouvel environnement ainsi créé.
Dans le domaine de l’enseignement à distance, l’utilisation d’Internet peut être considérée comme l’origine d’une quatrième génération, qui s’accompagne d’un changement de paradigme dans les concepts de modélisation des situations d’apprentissage (K. Passerini et al, 2000). Passerini et al. présentent un modèle hybride, permettant de tenir compte des possibilités de navigation ainsi offertes et qui sont susceptibles de renforcer la centration de l’apprentissage sur l’apprenant.
D’autres modèles ont été proposés, et décrits précisément tant dans leur structure et que leur principe d’utilisation (E. Cloete, 2001). Cloete a élaboré un modèle à quatre niveaux pour de tels système d’éducation (séparation des différentes fonctions en unités logiques) et donne des exemples d’algorithmes d’exploitation de ce modèle pour aider les concepteurs à définir des stratégies, à planifier et implémenter des situations d’apprentissage spécifiques.
Du point de vue de l’analyse de ces situations, on peut encore citer les travaux de Tenenbaum et al, portant sur les caractéristiques et l’étendue des pratiques constructivistes dans l’enseignement en campus traditionnel et dans l’éducation à distance (G. Tenenbaum et al., 2001).
Ces modèles pourront être testés en cours d’élaboration du démonstrateur, pour l’aide qu’ils peuvent apporter aux différents stades de conception et en phase d’évaluation, pour l’analyse et la modélisation de cette situation d’apprentissage expérimentale ouverte médiatisée.
BIBLIOGRAPHIE
ARGAST S., COREY T., Using the World Wide Web for Interactive Control of an X-Ray Diffractometer, Computers and Geosciences, 1998, 24, 633-640.
CLOETE E., Electronic education system model, Computers and Education, 2001, 36, 171-182. COOPER J. B., BARRON D., BLUM R., DAVISON J. K., FEINSTEIN D., HALASZ J.,
RAEMER D., RUSSELL R., Video Teleconferencing With Realistic Simulation for Medical Education. Journal of Clinical Anesthesia, 2000, 2, 256-261.
COOPER M., Remote Controlled Teaching Experiments, in Science and Engineering Subjects, Accessible over the World-Wide-Web - The PEARL project. Proc. Ed-Media, Montreal Canada, 2000.
COOPER M., The challenge of practical work in an eUniversity real, virtual and remote experiments, http://kmi.open.ac.uk/projects/pearl/publications/index.htm.
PASSERINI K., GRANGER M. J., A developmental model for distance learning using the Internet, Computers and Education, 2000, 34, 1-15.
SCHIFTER C.C., Teaching in the 21st Century, The Internet and Higher Education, 1999, 1, 281-290.
TENENBAUM G., NAIDU S., JEGEDE O., AUSTIN J., Constructivist pedagogy in conventional on-campus and distance learning practice : an exploratory investigation, Learning and Instruction, 2001, 11, 87-111.
ÉducAffix (CCE) : http://www.affixcce.com/ Pieuvre (INSA-Lyon) : http://www.insa-lyon.fr/ Roboteach (LIUM) : http://www-ic2.univ-lemans.fr/
