Analyse collaborative et immersive pour l'éducation – ICARE

Le projet est structuré en deux phases. La première se concentre sur la réalité virtuelle, où tous les participants partagent le même type de dispositif. La seconde étend les résultats aux environnements hétérogènes, qui combinent dispositifs immersifs et non immersifs, utilisateurs en salle et utilisateurs distants.

Chaque phase suit la même progression : observation des pratiques d'enseignement, construction d'un espace de conception, implémentation de prototypes fonctionnels sous Unity, puis évaluation. Les espaces de conception s'appuient notamment sur le cadre de la conscience de l'espace de travail proposé par Gutwin et Greenberg et sur les niveaux d'engagement décrits pour la visualisation collaborative.

L'évaluation combine des études contrôlées en laboratoire et des déploiements sur des cas d'usage réels. Pour les études contrôlées, il fallait une tâche d'apprentissage ne présupposant aucune connaissance experte, reposant sur la manipulation plutôt que sur la lecture, et suffisamment courte pour être réalisée au casque sans inconfort. Nous avons adapté à la réalité virtuelle la tâche CreaCube, une activité de résolution créative de problèmes dans laquelle les participants assemblent des cubes robotiques pour construire un véhicule et découvrir par eux-mêmes la fonction de chaque cube.

Les mesures croisent volontairement plusieurs sources : codage comportemental de la vidéo, portant sur les manipulations, les gestes de pointage et les comportements sociaux positifs ou négatifs ; analyse des enregistrements audio, avec le volume de parole et la distinction entre références déictiques et descriptives ; questionnaires de présence sociale et d'engagement ; enfin scores de compréhension et de transfert à une situation nouvelle. Ce croisement est essentiel, car deux configurations peuvent produire la même quantité d'échanges tout en donnant lieu à des processus collaboratifs très différents.

Les cas d'usage mobilisent des plateformes déjà employées dans l'enseignement à l'université de Bordeaux, en particulier HOBIT, un banc d'optique augmenté qui associe des maquettes tangibles à une simulation de la propagation lumineuse projetée directement sur la table.

Trois contributions structurent les résultats obtenus à ce stade.

(1) Une tâche de référence pour étudier l'apprentissage collaboratif en réalité virtuelle. La version immersive de CreaCube a été validée par une étude pilote : tous les participants sont parvenus à réaliser l'activité au casque, puis ont résolu le problème physique équivalent plus rapidement et en testant moins de configurations, ce qui indique un transfert effectif des connaissances acquises en virtuel.

(2) L'effet de la configuration de l'espace de travail. Une étude menée avec 24 binômes a comparé trois organisations de l'espace virtuel : partagé, avec un seul jeu de matériel manipulé à deux ; répliqué, où chacun dispose de son matériel mais voit son partenaire ; séparé, sans aucun contact visuel. L'espace partagé produit la meilleure présence sociale, la meilleure conscience mutuelle et le plus d'échanges verbaux, et il est nettement préféré par les participants. L'espace répliqué, envisagé comme un compromis, n'améliore pas les apprentissages et dégrade l'expérience sociale, mais il conduit les binômes à explorer sensiblement plus de solutions et à répartir plus équitablement les manipulations. Disposer de son propre matériel favorise donc la participation et l'exploration, là où le matériel partagé favorise la discussion et la convergence vers une solution.

(3) L'effet d'un retour de performance collectif sur la collaboration. Une troisième étude, menée sur le banc d'optique augmenté avec 10 groupes de trois participants puis avec 10 participants travaillant seuls, affichait régulièrement un classement entre équipes, en réalité sans lien avec la performance réelle. Un classement défavorable rend la comparaison aux autres plus présente et suscite davantage de réactions négatives, mais il pousse aussi les groupes à formuler plus de propositions et à se donner plus de retours constructifs. Un classement favorable rend l'expérience plus agréable sans pour autant améliorer la coordination : il conforte l'organisation déjà en place, y compris lorsque la participation y est déséquilibrée. Surtout, un résultat pourtant collectif ne prend pas le même sens pour chaque membre du groupe, et il n'est pas vécu de la même façon seul et à plusieurs. C'est alors dans la collaboration elle-même que ces lectures divergentes doivent se rejoindre.

Les deux premières contributions ont été publiées à la conférence IHM 2024 et à IEEE ISMAR 2025. La troisième fait l'objet d'un article en cours de soumission.

À quoi ces résultats peuvent-ils servir en dehors du laboratoire ?

Le premier usage concerne les travaux pratiques que l'on ne peut pas toujours proposer : matériel coûteux, manipulations risquées, équipement disponible en un seul exemplaire pour toute une promotion. La réalité virtuelle permet de donner à chaque étudiant son propre matériel, et nos résultats montrent que ce choix n'est pas neutre. Il augmente la participation de chacun et le nombre de solutions explorées, mais il réduit les échanges au sein du groupe. Un enseignant qui souhaite faire discuter ses étudiants et un enseignant qui souhaite les faire explorer n'ont donc pas intérêt à configurer la salle virtuelle de la même manière. La suite du projet vise à concevoir des espaces qui combinent les deux : du matériel individuel, mais avec la possibilité de se passer un objet ou de regarder par-dessus l'épaule de son voisin.

Le deuxième usage découle d'une évolution plus large. Les outils numériques employés en classe enregistrent une quantité croissante de données sur l'activité des élèves : ce qu'ils manipulent, le temps passé sur chaque étape, leurs réponses aux questions. Il devient donc très simple de leur renvoyer ces informations sous forme de score, de barre de progression ou de classement entre équipes, comme le font déjà beaucoup de plateformes éducatives. Nos travaux montrent que ce retour n'est jamais un simple miroir : il change la façon dont un groupe travaille ensuite. Annoncer à des étudiants qu'ils sont derniers les rend plus critiques envers leur propre organisation, ce qui peut être utile, mais dégrade leur expérience. Leur annoncer qu'ils sont premiers les rassure et fige leur fonctionnement, y compris lorsque l'un d'eux ne participe presque pas. Puisque ces données existent, autant les employer à autre chose qu'un rang : montrer à un groupe comment le travail se répartit réellement entre ses membres, ou l'aider à revoir sa stratégie lorsqu'il bloque.

Enfin, les tâches d'apprentissage et les logiciels développés dans le projet sont diffusés librement, afin que d'autres équipes de recherche et d'autres enseignants puissent s'en saisir.

Dans ce projet, nous explorons l'utilisation de technologies immersives pour l'apprentissage collaboratif. Tout d'abord dans un envirronement complement virtuel et ensuite dans un environnement hybride composé de différent systèmes (e.g. RA/RV, mur d'écrans, ordinateur de bureau), nous allons concevoir des techniques d'interaction pour améliorer la manière dont les gens collaborent durant des travaux pratiques. Nous allons aussi developper des mesures pour évaluer l'impact de ces techniques sur l'apprentissage et comment elles participent à fournir de la conscience sociale aux utilisateurs.