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Recherches en cours

TIFAIFAI : Conception de Nouveaux Espaces d’Interactions pour Apprendre

TIFAIFAI: Interactive New Spaces Design to Learn
Valérie Renault, Florent Carlier et Patrice Bourdon

Résumés

Le monde de l’éducation est de plus en plus « envahi » de supports technologiques informatisés. Ces dispositifs sont proposés aux équipes enseignantes sans être accompagnés de modèles d’activités pédagogiques ni de scénarios dédiés. Notre problématique repose sur la conception et la proposition de nouveaux espaces d’interactions adaptatifs et mobiles et sur leur appropriation par des tuteurs et des apprenants. Notre approche se base sur des méthodologies de conception, initialement dédiées au monde de la gestion de projets informatiques. L’intérêt de cette méthode est de recourir à un processus empirique intégrant l’utilisateur final tout au long de la chaîne de conception et de développement par des expériences de terrain. Nous proposons de revisiter cette méthode de conception dans le domaine des sciences de l’éducation afin de caractériser de nouveaux espaces d’interactions avec les enseignants. Au-delà des aspects technologiques, il s’agit aussi de mesurer les enjeux en termes d’apprentissage et de nouvelles pratiques pédagogiques engendrées par notre dispositif. La prise en compte continue des utilisateurs finaux permet de définir, en parallèle à la conception, de nouvelles activités et de nouvelles opportunités liées à ces dispositifs. Dans ce cadre, notre projet TIFAIFAI repose sur la mise en place d’un mur d’écrans reconfigurable capable d’interagir avec des systèmes mobiles.

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Texte intégral

Nous remercions Pierrick Lemeure, Brice Amiard, Sébastien Grégoire, Jonathan Ben-Hassen et Mathieu Chojnacki, étudiants en 3e année de l’ENSIM, pour leur participation au projet BeagleTower+, précurseur du projet TIFAIFAI.

Introduction

1Les supports technologiques informatisés « envahissent » de plus en plus le monde de l’éducation. Bien souvent, ces dispositifs sont proposés aux équipes enseignantes sans être accompagnés de modèles d’activités pédagogiques ni de scénarios dédiés. Les recherches en EIAH (environnements informatiques pour l’apprentissage humain) reposent sur différentes problématiques telles que la personnalisation de l’apprentissage en fonction de l’individualité et des besoins des apprenants (Lefevre, 2012), les stratégies pédagogiques mises en place par les tuteurs, ou encore l’aide à l’instrumentalisation de leurs activités (Teutsch, 2010). Cependant, la plupart de ces recherches reposent sur des environnements technologiques déjà existants tels les ordinateurs personnels ou, plus récemment, les tablettes tactiles. Peu de recherches sont conduites sur la conception même de dispositifs interactifs dédiés à l’éducation. Certains matériels ont été installés dans les classes, par exemple les tableaux blancs interactifs (TBI). Ces derniers, en augmentant la surface de présentation aux élèves, engagent aussi un travail pédagogique d’une autre nature qui demande alors une réflexion didactique selon l’usage que l’on en fait. Des études, menées a posteriori, montrent que les recherches technologiques et l’installation de ces supports ont parfois été effectuées au détriment des études sur les pratiques réflexives de ces outils (Jeunier, 2005).

2Notre problématique repose, d’une part, sur la conception et la proposition de nouveaux espaces d’interactions adaptatifs et mobiles et, d’autre part, sur leur appropriation par des tuteurs et des apprenants. L’approche que nous présentons dans cet article se base sur des méthodologies de conception agile, initialement dédiées au monde de la gestion de projets en informatique. La méthode SCRUM est l’une de ces méthodologies de conception. Son intérêt est de recourir à un processus empirique intégrant l’utilisateur final tout au long de la chaîne de conception et de développement par des expériences de terrain, appelés des sprints. Nous proposons de revisiter cette méthode de conception dans le domaine des sciences de l’éducation afin de caractériser de nouveaux espaces d’interactions. La prise en compte continue des utilisateurs finaux (tuteurs, concepteurs de scénarios pédagogiques ou apprenants) permet de définir, en parallèle à la conception, de nouvelles activités et de nouvelles opportunités liées à ces dispositifs et à la mise en convergence de différentes technologies. Il nous faut donc interroger de façon dialectique les développements technologiques et les effets de l’utilisation de ce type de support sur les processus d’apprentissage et notamment au niveau des interactions entre pairs ou de la surcharge cognitive éventuellement conséquente.

3Dans cet article, nous allons nous centrer sur une partie majeure du projet TIFAIFAI : la conception d’un mur d’écrans reconfigurable capable d’interagir avec des systèmes mobiles. Pour concevoir ce nouvel espace, nous proposons de représenter, de modéliser et de contrôler le mur d’écrans à l’aide d’algorithmes issus du domaine de l’Intelligence artificielle et en particulier des systèmes multiagents (SMA). L’objectif est de disposer d’une surface de visualisation modulable où chaque écran est associé à un agent embarqué. Pour cela, et afin d’optimiser en parallèle l’interaction utilisateur-concepteur et agents-écrans, nous nous positionnons sur une approche centrée interaction (Mathieu, 2011) où chaque agent porte en lui les méthodes permettant de l’utiliser et de l’interroger.

4Après avoir présenté notre contexte d’étude et différents scénarios associés, nous exposerons la méthodologie de gestion de projet SCRUM. Cette méthodologie sera mise en perspective avec les travaux de Rabardel sur l’appropriation et la conceptualisation. Nous décrirons ensuite l’architecture matérielle et logicielle mise en œuvre dans le projet TIFAIFAI pour l’aspect mur d’écrans. Enfin, tout au long du développement du support et de son ajustement aux besoins et usages des utilisateurs, il s’agira de mesurer les enjeux pédagogiques et didactiques dans les situations d’apprentissage au travers ces dispositifs.

Cadre conceptuel

5L’objectif du projet TIFAIFAI est de permettre à des tuteurs de créer de nouveaux espaces d’interactions modulables selon différents contextes d’usages. Ces espaces partagent plusieurs artefacts technologiques dont un mur d’écrans intelligent, lui-même composé d’un nombre variable d’écrans, et de différents supports mobiles capables d’interagir avec ce mur.

6Comment l’enseignant prend-il en compte les effets liés à l’utilisation d’un mur d’écrans dans ses démarches pédagogiques ? En quoi un tel dispositif permet-il d’engager de nouveaux modes d’enseignement, notamment à distance, auprès de certaines populations éloignées de l’école pour raison de santé ou de handicap ?

Nouveaux espaces d’interaction pour apprendre

7Les espaces d’interactions auxquels nous nous intéressons doivent permettre de répondre à une certaine hétérogénéité des contextes d’apprentissage et de leur temporalité. Ces espaces sont ainsi conçus pour améliorer les interactions entre des élèves, ou des apprenants, qui pour certains se trouvent dans l’espace classe dédié, pour d’autres dans un environnement différent et éloigné de la salle de classe. Ce dernier cas concerne, par exemple, des élèves scolarisés à l’hôpital pour une certaine période. Ces espaces d’interactions doivent aussi tenir compte d’élèves ayant des temporalités d’apprentissage différentes dues, par exemple, à leur situation de handicap.

8Afin de répondre à ces différents contextes, tout en maintenant une continuité dans les interactions entre pairs sur les différents supports, nous nous positionnons dans le contexte de l’informatique diffuse (pervasive computing), domaine de recherche où les supports hétérogènes et/ou mobiles doivent être capables de se reconnaître, de se localiser et d’échanger des informations de façon proactive, sans intervention de l’utilisateur.

9L’élément central de notre dispositif technologique est un mur d’écrans capable d’interagir avec des tablettes. L’interopérabilité entre ces différents outils de visualisation est donc un paramètre clé du système informatique sous-jacent. De même, côté utilisateurs, une continuité d’usages doit être supportée, les usages étant définis dans ce papier au sens IHM du terme et portent sur l’utilisation réelle du dispositif. Pour cela, nous proposons de recourir à des interactions gestuelles et tactiles reliant les différents supports matériels, en disposant de caméras à détection de mouvements (de type Kinect). La position centrale du mur d’écrans dans notre dispositif nous permet aussi de nous interroger sur les scénarios pédagogiques favorisant les interactions entre pairs.

Interaction entre pairs et groupe-classe

10Il s’agit pour nous, dans cette proposition, d’éviter certains effets pervers dans l’usage du mur d’écrans tels que la magistralisation pédagogique décrite lors de l’utilisation des tableaux blancs interactifs (TBI), par exemple, comme le souligne Pierre Frackowiak (2009). Il est fréquemment observé un renforcement d’une pédagogie dirigée sur un support visuel centralisé prenant peu en compte la possibilité de différenciation et de modularité des approches. Toutefois, les recherches, présentées par Duroisin et al. (2011), montrent que « globalement, les analyses menées au niveau des processus d’apprentissage nous permettent de constater que les élèves qui ont bénéficié d’un usage partagé du tableau blanc interactif interagissent davantage par rapport aux apprenants qui ont été privés de l’utilisation directe du support ». Ils mettent ainsi en avant « qu’une médiation pédagogique de l’enseignant entre le tableau blanc et les élèves favorise le travail collectif entre élèves et valorise les apports de chacun ». Cette conclusion renforce donc l’idée selon laquelle la place de l’enseignant dans la gestion des interactions est prépondérante pour favoriser l’apprentissage à la seule condition que l’artefact utilisé soit partagé et non exclusivement réservé à l’enseignant. En effet, si l’étude sur le TBI montre l’effet bénéfique de l’utilisation de ce type de dispositif à la condition d’en faire un usage partagé, alors, c’est à l’enseignant de convoquer les moyens pertinents pour, comme le précise Bruner (1995), souligner des caractéristiques déterminantes pour atteindre l’objectif d’apprentissage malgré les difficultés rencontrées, réduire l’empan de la tâche si des élèves se trouvent bloqués ou font fausse route, et prendre appui sur les pairs pour avancer vers les objectifs à atteindre. Il s’agit pour l’enseignant de pouvoir identifier les besoins d’étayage des élèves en s’appuyant sur une observation fine de leurs productions individuelles tout en régulant leurs propres processus d’apprentissage et en les guidant dans la réalisation de leurs exercices.

11Henri Wallon (1985) a développé sa théorie de l’apprentissage en soulignant notamment l’importance des interactions entre pairs dans les situations d’apprentissage. Par ailleurs, comme le souligne Britt-Mari Barth (1985), les travaux de Bruner montrent « l’individu comme participant activement à la construction de son savoir. L’enfant est considéré comme un chercheur qui s’efforce de comprendre comment les choses du monde extérieur sont reliées entre elles ». Il semble donc important pour parvenir à une plus grande compréhension de ses actions et de leurs résultats, d’y réfléchir et de pouvoir les décrire. Le mur d’écrans, en permettant l’affichage partagé et simultané de différentes productions individuelles issues des tablettes, pourra donc servir de support de médiation entre les apprenants d’une part, et les apprenants et l’enseignant d’autre part. L’enseignant joue donc un rôle prépondérant à ce niveau dans la façon qu’il aura de mettre en lien les informations et les connaissances diffusées sur le mur d’écrans. C’est en effet à lui de favoriser les interactions entre les pairs pour que chaque élève puisse s’interroger sur les problèmes rencontrés, s’appuyer sur les hypothèses de réponses fournies par les membres du groupe et construire son savoir dans un processus de contextualisation et décontextualisation favorisant le transfert de connaissances et de compétences.

Contextes d’études

12Différents scénarios pédagogiques et contextes sont envisagés comme terrain d’expérimentation de notre dispositif. Le projet étant actuellement au stade de la conception du dispositif technologique, chacun de ces contextes sera, par la suite, approfondi dans le cadre d’une méthodologie de conception agile, avec les enseignants, afin de spécifier les scénarios pédagogiques et de finaliser les outils technologiques devant y être associés.

Scénario 1 : Préparation à distance, puis partage entre pairs en présentiel

13Le premier scénario proposé dans le cadre du projet TIFAIFAI se déroule dans le cadre d’un enseignement de travaux pratiques (TP) pour des étudiants en informatique. Les étudiants et l’enseignant sont équipés de tablettes tactiles et/ou de leur ordinateur portable. La salle de TP est équipée d’un espace mur d’écrans, de tablettes supplémentaires et d’une caméra à détection de profondeur de type Kinect. Avant la séance de TP, les étudiants ont eu la possibilité de préparer individuellement un projet commun, à distance, sur leur tablette ou leur ordinateur. La première étape lors de l’arrivée en salle de TP est de partager les travaux des étudiants. Le mur d’écrans est capable de détecter la présence des tablettes à proximité ou à distance. Par une simple action sur la tablette tactile, chacun des intervenants peut glisser son document sur un des écrans du mur. Les capacités adaptatives du mur lui permettent de se réorganiser et d’afficher l’ensemble des documents sur les différents écrans afin de servir de support d’échanges sur le travail commun. L’enseignant ou les étudiants peuvent ensuite zoomer sur un des documents pour qu’il s’affiche sur plusieurs écrans afin de discuter tous ensemble. De manière plus classique, ils peuvent aussi prendre la main avec la souris et le clavier pour écrire dans un document présenté sur le mur. Le mur doit permettre l’interaction entre les étudiants qui ne sont alors plus isolés sur leur machine. Nous mesurons ici les interactions possibles et la plasticité des démarches pédagogiques pour favoriser la différenciation selon les besoins de chaque élève, en lien direct avec le temps didactique.

Scénario 2 : Préparation dans l’espace classe, puis partage entre pairs

14Nous pourrons aussi nous appuyer sur les enseignements d’écogestion qui comportent certaines activités réalisées individuellement devant un écran personnel d’ordinateur. C’est généralement le professeur qui, lors de la phase d’institutionnalisation, fait le lien entre les productions d’élèves par la projection au tableau des résultats produits un à un. Il est particulièrement pertinent dans cette discipline de mettre les élèves en relation, de façon qu’ils soient confrontés aux résultats de leurs pairs pour comparer, analyser, ajuster, modifier, porter un regard critique et analytique sur les problèmes posés par l’enseignant. Le mur d’écrans se trouve être un outil pédagogique approprié à une telle situation, car il permet le focus sur certaines productions ou l’exposition de quelques-unes pour les questionner. Il donne accès en temps réel, si le professeur le souhaite, à des procédures de résolution de problème que chaque élève peut imiter (au sens wallonien) et transformer ce qui est copié en une conquête propre pour se l’approprier, le transformer et le faire circuler : la décontextualisation du savoir peut potentiellement être favorisée par l’artefact à ce niveau.

Scénarios 3 : Interactions dans la distance et le temps

15Dans les expériences que nous avons étudiées (Bourdon, 2014), certains élèves n’étaient pas en mesure de suivre les cours en situation dans un lieu classe.

16Lorsque l’enfant ou l’adolescent est malade, hospitalisé parfois sur une longue période, en chambre stérile, il ne peut être assidu en classe, mais peut pour autant travailler, poursuivre ses apprentissages à l’hôpital ou chez lui. Si plusieurs expériences décrites notamment par Bourdon (2006) se sont développées en visioconférence, classe virtuelle ou autres, généralement c’est dans une relation pédagogique distancielle de terme à terme que le dispositif est pensé : le professeur est en lien avec un élève à distance. L’élève n’a pas accès aux travaux de ses pairs. Les élèves de la classe n’ont pas connaissance du déroulement de la tâche de celui qui est éloigné. Le mur d’écrans permettrait de rapprocher physiquement des usagers qui peuvent partager leur production à l’instant T, agir et interagir sur les productions.

17Certains élèves, sportifs de haut niveau, sont amenés à se déplacer régulièrement et donc à quitter la classe pour leurs apprentissages. Ils se retrouvent dans la même situation de nomadisme que les précédents et doivent suivre les cours à distance, souvent seuls, dans des liens discontinus avec leurs pairs habituels. Si la continuité des apprentissages est souvent maintenue par un système de tutorat individualisé, il y a pourtant perte des relations entre pairs. Introduire le partage par le mur d’écrans favorise le maintien du lien social et réduit les situations de continuité/rupture dans le temps pédagogique.

18Une dernière catégorie peut illustrer notre propos. Il s’agit des élèves en situation de handicap, présents dans la classe, mais en décalage temporel parfois dans la réalisation des tâches. L’enseignant s’attache généralement à mener un travail individualisé, différencié selon les besoins de chaque apprenant. L’usage du mur d’écrans va alors permettre sur les temps d’institutionnalisation de reconstituer le groupe par la mise en commun, l’analyse et la confrontation des travaux entre pairs pour gérer en continu le micro et le macro de la classe dans toute sa diversité.

19Actuellement dans tous ces scénarios, le mur d’écrans est défini comme une surface verticale et sur un seul plan, mais le mot « mur » utilisé ne doit pas brider ou limiter l’utilisation qui peut en être faite : rien n’empêche d’exploser le mur pour disposer, par exemple, les écrans sur un support cubique ou sur différents plans verticaux selon le contexte. Pour un groupe d’utilisateurs, le mur peut avoir pour fonction de visualiser un ensemble d’informations dans un contexte d’apprentissage donné alors que, à l’extrême, pour d’autres acteurs, les écrans peuvent être disposés autour d’une table pour dialoguer en visioconférence dans une disposition de réunion en présentielle. « La valeur fonctionnelle d’un artefact apparaît donc à la fois culturellement partagée, historiquement dynamique, et variable en fonction des situations » (Rabardel, 1999).

Méthodologie de conception pour l’appropriation du dispositif

20Les scénarios présentés ci-dessous ne sont que des exemples d’usage de notre espace d’interactions entre un mur d’écrans et des terminaux mobiles, mais ils permettent d’illustrer ce vers quoi nous nous dirigeons. Afin de concrétiser la conception de cet espace, nous nous positionnons dans l’approche présentée par Joëlle Coutaz (2008) : « le nouvel enjeu n’est plus de fournir des produits finalisés pour des tâches et des activités données, mais de fournir des outils pour que l’utilisateur devienne le concepteur, le créateur de ses propres choses, et par extension, l’inventeur de son propre système ambiant. [...] À l’instar des logiciels libres, nous aurons demain du matériel libre disponible de manière collective. »

21Si l’on considère comme Rabardel que « l’appropriation de l’instrument par les utilisateurs résulte d’un processus progressif de genèse instrumentale », alors la participation des enseignants à une conception itérative de ces nouveaux espaces d’interaction est au centre de notre démarche. L’approche de la méthodologie de conception agile que nous proposons d’utiliser pour installer le mur d’écrans dans les pratiques pédagogiques et en faire un usage pour apprendre doit pouvoir s’appuyer sur les usagers (processus intrapsychique) et les interactions (processus interpsychique) qui naissent dans ces situations.

Conception centrée utilisateurs

22Les méthodologies dites agiles sont des méthodologies de conception habituellement utilisées dans certaines entreprises, en particulier en informatique, pour développer des applications en forte interactivité avec les usagers. Cette dernière caractéristique permet de différencier ces méthodologies des cycles de conception de logiciels plus classiques, décrits dans la littérature, tels que les cycles en spirale ou en « V » (Kovacs, 2004).

23Avant de présenter comment réadapter et redéfinir la méthodologie agile de conception SCRUM dans le domaine de l’éducation, nous allons nous arrêter sur les méthodologies existantes centrées sur les utilisateurs, d’une part sur la conception participative, d’autre part sur les principes sous-jacents aux méthodologies agiles. Plusieurs travaux ont déjà été réalisés afin de comparer ces différentes méthodologies. Dans le domaine de l’éducation, on peut citer notamment les travaux de thèse de Marfisi (2012) qui présentent une analyse de différentes méthodologies utilisées pour la conception de jeux de rôle éducatifs (learning games) et la conception collaborative de formations telles que MISA, DODDLE, etc.

Conception participative

24Parmi les différentes techniques de conception existantes, la conception participative a pour but d’intégrer au mieux les attentes des utilisateurs, principalement en matière de fonctionnalités et d’ergonomie (Kovacs, 2004), grâce à des processus itératifs permettant de résoudre progressivement les problèmes identifiés par les acteurs. Cette approche multidisciplinaire permet d’impliquer, au cours des différentes étapes, de nombreux partenaires tels que des ergonomes, des ingénieurs développement, des sociologues des usages et des utilisateurs afin de réaliser des logiciels ayant une meilleure utilisabilité et une meilleure acceptabilité. Plusieurs étapes sont alors réalisées successivement avant le développement logiciel : l’observation des situations d’usages, la production de nouveaux scénarios, le brainstorming, la mise en place de prototypes papier et/ou vidéo, puis une phase d’évaluation des livrables obtenus. Ce cycle de spécifications fait l’objet de plusieurs itérations, mais, une fois ces spécifications établies, le développement de l’application est effectué.

25Ces méthodologies, bien que proches de l’utilisateur, ne permettent pas toujours de mettre en place des moments d’interactions communs permettant à tous les interlocuteurs (utilisateurs, concepteur, ergonome, designer, etc.) de se rencontrer. Comme le souligne Rabardel (2007), les utilisateurs doivent être « autonomes et créatifs de l’outil », il faut donc « dépasser les limites des approches conventionnelles de design pédagogique, trop souvent linéaires ».

Méthodologies agiles

26Nous proposons de recourir ici à des méthodes de conception dites agiles afin de pallier les contraintes des approches de conception classiques et de permettre ainsi aux tuteurs, voire aux apprenants, de s’approprier de nouveaux espaces d’interactions (mur d’écrans, tablettes, etc.) et de créer des outils personnalisés à leur pédagogie.

27Ces méthodes répondent au Manifeste agile, publié en 2001 (Schwaber, 2001), afin de limiter la lourdeur des processus des développements logiciels. Les quatre premiers principes (sur douze) du Manifeste sont les suivants (Aubry, 2010) :

  • satisfaire le client en livrant tôt et régulièrement des logiciels utiles, qui offrent une véritable valeur ajoutée ;

  • accepter les changements, même tard dans le développement ;

  • livrer fréquemment une application qui fonctionne ;

  • collaborer quotidiennement entre clients et développeurs.

28L’importance donnée aux utilisateurs et à leurs implications tout au long de la conception et du développement nous paraît prépondérante pour permettre aux enseignants, voire aux apprenants, d’être « créateurs » de leurs propres outils. De plus, les possibilités d’adaptation aux changements durant le développement permettent de prendre en compte différents contextes d’apprentissages liés aux contenus des cours, aux tuteurs ou aux apprenants, en créant différentes versions (appelées « releases ») de notre plateforme. Cette démarche se rapproche de l’analyse de Sensevy (2001) montrant que « si l’on veut comprendre la genèse d’une disposition, on doit référer à la situation dans laquelle cette disposition a été produite, et donc analyser la relation disposition-situation. »

29SCRUM est une de ces méthodologies de conception. Le projet est décomposé en briques incrémentales, appelées sprints, de longueur variable, de quelques heures à un mois. Chaque sprint commence par une estimation suivie d’une planification opérationnelle et se termine par une démonstration prouvant qu’il a été achevé (Aubry, 2010). Chaque version fonctionnelle d’une application correspond à une release, construite de façon incrémentale et itérative. Chaque release est elle-même découpée en 3 ou 4 sprints, chacun durant en moyenne 2 ou 3 semaines. Les cycles de conception sont donc très courts. Une revue de sprint a lieu à la fin de chaque sprint, durant laquelle tous les participants sont invités. La priorité de cette présentation est de faire une démonstration des fonctionnalités développées lors du sprint et de recueillir un retour (feedback) des participants. Suite à cette revue, la rétrospective de sprint a lieu afin d’améliorer le processus et d’avoir une réflexion collective sur le processus de développement. Le product owner a une participation active tout au long de ce processus, il est, entre autres, le représentant de toutes les personnes qui utilisent le logiciel. Il est responsable de la définition de l’objectif du produit et du partage avec l’équipe. Chaque release peut être menée par un product owner différent qui peut donc apporter sa propre expérience et vision du projet.

Mise en perspective de l’appropriation et de la conceptualisation à travers SCRUM

30Notre postulat est d’offrir avec SCRUM une méthodologie adaptée afin de mettre en œuvre des processus d’appropriation et de construction de nouveaux espaces d’interaction et d’apprentissage par et pour les utilisateurs finaux. La prise en compte du besoin de l’utilisateur doit pouvoir s’articuler avec la dévolution de l’action que le professeur confie pour un temps donné à l’apprenant (Brousseau, 1998). Sensevy (2001) souligne l’importance de la structure de l’action. En effet, l’action d’enseignement comporte des dimensions essentielles. Ces dimensions essentielles (définir/réguler/dévoluer/instituer) tiennent à la nécessité de l’établissement et du maintien d’une relation didactique, qui unit de manière ternaire un professeur, des élèves et un objet de savoir. Ainsi, il s’agit de comprendre les articulations entre ce qui est dévolu à l’élève et ce qui est institutionnalisé par le professeur dans le temps didactique. Cette relation didactique reposant sur un support technologique, il est important que ce dernier soit « transparent » dans l’action au profil de l’objet de savoir, tout en facilitant les interactions et les relations entre les acteurs.

31Rabardel et Pastré (2007) proposent d’intégrer dans les méthodes de conception participative, des « étapes qui suivent la “livraison” dans la conception et de l’envisager comme une activité distribuée dans le temps et dans l’espace, entre concepteurs pédagogiques et étudiants. [...] La conception y est considérée comme distribuée entre les concepteurs et les utilisateurs ; entre les temps et les espaces de la conception institutionnelle et des usages. Les choses conçues par les concepteurs sont “travaillées” par les utilisateurs pour les inscrire dans des usages, pour les adapter à leurs caractéristiques personnelles et à celle de leurs propres situations, domaines et mondes d’activité. » Une des différences importantes dans SCRUM est liée à la conception avec l’utilisateur qui n’est pas établie définitivement au début du développement du logiciel, mais tout au long du processus. Chaque sprint comporte des activités de conception qui sont faites idéalement de façon collective lors des réunions de planifications en début de sprint. Chaque groupe d’utilisateurs (concepteurs/tuteurs/voire apprenants) pourra ainsi construire, moduler et/ou modifier son propre dispositif et l’adapter à ses besoins. Cette méthodologie doit permettre de tenir compte des pratiques pédagogiques d’un ou plusieurs enseignants pour mieux formaliser ses besoins et créer ainsi, avec eux, de nouvelles situations d’apprentissage médiatisées avec de nouveaux espaces.

32Rabardel (1995) note que « l’instrument est porteur de contraintes dans la mesure où il comprend, plus ou moins explicitement, une préstructuration de l’action de celui qui l’utilise, quitte bien entendu à ce que le sujet ne structure pas son action en conformité avec cette préstructuration ». En effet, un mur d’écrans propose une préstructuration des actions et des interactions possibles, cependant la méthodologie itérative et incrémentale proposée par SCRUM va permettre à un enseignant de devenir le product owner de son application et de définir ses propres spécifications, en partant d’un support « vierge » de toutes applications ou en se basant sur une release déjà existante. Les incréments étant indépendants les uns des autres, le mur d’écrans peut ainsi s’enrichir en fonctionnalités au fur et à mesure des itérations. Chaque revue de sprint aboutit à une démonstration et à une prise en main possible du logiciel par les tuteurs voire les apprenants. Ces derniers sont donc enclins, très régulièrement, à faire des feedbacks pouvant avoir des répercussions soit sur le prochain sprint, soit sur la prochaine release. Ainsi, comme le souligne Rabardel : « l’utilisation d’un instrument accroît les capacités assimilatrices du sujet et contribue à l’ouverture du champ de ses actions possibles. »

33Dans le cadre de la conception d’artefacts portés sur le mur d’écrans, la première release (au sens SCRUM) repose sur la mise en œuvre technologique de la communication entre les différents écrans contrôlés par les systèmes embarqués et sur la synchronisation de ses écrans. L’architecture résultant de cette release est présentée ci-dessous.

Architecture des dispositifs mis en œuvre

34La première release du projet repose sur sa conception matérielle et logicielle. Cette première version a permis de définir l’architecture globale de nos espaces d’interaction, d’en mesurer sa faisabilité et d’identifier les jalons technologiques. L’architecture générale de notre système est représentée sur la figure [FIGURE 1] et se compose d’une partie « système embarqué » pour l’aspect matériel et d’une partie « système multiagents » pour l’aspect logiciel.

FIGURE 1 – Architecture matérielle (systèmes embarqués : RaspBerry Pi, BeagleBoard et communication réseau IP) et logicielle (plateformes agents hétérogènes : AMS, ARx, ABx, DF) du mur d’écrans en interaction avec des supports mobiles

FIGURE 1 – Architecture matérielle (systèmes embarqués : RaspBerry Pi, BeagleBoard et communication réseau IP) et logicielle (plateformes agents hétérogènes : AMS, ARx, ABx, DF) du mur d’écrans en interaction avec des supports mobiles

Systèmes embarqués

35Concernant le mur d’écrans, il est nécessaire que chaque écran puisse raisonner sur ce qu’il doit ou peut afficher et qu’il puisse communiquer et échanger avec les autres écrans pour que l’utilisateur dispose d’une vue globale adaptée à un contexte donné. Pour cela chaque écran est couplé à une carte embarquée de type Raspberry Pi (RPi) (Upton, 2012). Ces cartes sont des systèmes embarqués de la taille d’une carte de crédit, disposant en complément d’un processeur graphique (GPU) permettant une bonne fluidité d’images. L’ensemble des cartes forme une grappe (cluster) qui permet :

  • soit le contrôle de chaque écran de façon indépendante, ce qui correspond à utiliser une carte Raspberry Pi pour une application sur un seul écran ;

  • soit de synchroniser l’affichage entre les écrans, ce qui conduit alors à visualiser une vidéo (par exemple) répartie sur N écrans ou une application multifenêtres.

36Une deuxième grappe de cartes, composée de systèmes embarqués de type BeagleBoard (Billatos, 2012), est dévolue au précalcul. Elle peut aussi permettre de disposer d’un centre de stockage assurant la haute disponibilité des données aux différents éléments de notre architecture contrôlant le mur d’écran.

37Nous disposons actuellement d’un mur d’écrans composé de 16 écrans ayant connaissance de leur environnement et de leur position les uns vis-à-vis des autres. L’architecture distribuée de notre système permet l’ajout ou la suppression à chaud de nouveaux écrans ou systèmes embarqués. La figure [FIGURE 2] montre un exemple de 12 écrans présentant des vidéos dont l’une est synchronisée sur 9 écrans et 3 autres vidéos indépendantes.

38Une souris « classique » n’est plus adaptée pour contrôler l’ensemble de la surface de visualisation, même si l’affichage d’un pointeur reste nécessaire. Notre choix s’est donc porté sur la mise en place d’une caméra à détection de profondeur et de mouvements telle que la Kinect de Microsoft ou plus récemment la Xtion fabriquée par Asus (2013).

39L’architecture générale de notre système nous permet d’adjoindre d’autres méthodes d’interaction, avec des tablettes ou des smartphone. Un simple glissé tactile de la tablette vers le mur pourra alors simuler l’envoi puis l’affichage d’un document sur un écran.

FIGURE 2 – Mur d’écrans

FIGURE 2 – Mur d’écrans

Systèmes multiagents

40L’intelligence du mur d’écrans repose sur un système multiagents (SMA) dont les algorithmes, du domaine de l’intelligence artificielle, ont fait leur preuve pour résoudre des problèmes multisupports et d’adaptativité (Lieberman, 2001). Un agent est une entité physique ou virtuelle autonome (il évolue sans contrôle humain), pro-actif (il peut prendre des initiatives et être opportuniste), il a des capacités de communication avec d’autres agents et avec son environnement. Les agents peuvent être dotés de capacité d’apprentissage et avoir divers niveaux d’« intelligence » selon le contexte. Un système multiagents est ainsi composé de multiples agents, parfois hétérogènes, mais sans contrôle centralisé. De l’intelligence globale du système, émergent des interactions des différents agents.

41L’utilisation de systèmes multiagents dans le contexte de l’embarqué est essentiellement présente dans le domaine de la domotique et du bâtiment intelligent (Herpson, 2010). Par exemple, Routier et al. (2011) présentent un système capable de contrôler les différents éléments d’une pièce, en utilisant une approche centrée interactions pour des agents cognitifs situés.

42Afin de disposer d’une surface de visualisation modulable, chaque écran est associé à un agent embarqué qui contrôle l’affichage à un moment donné. Nous nous positionnons sur une approche centrée interaction, telle que développée dans TheSims ou IODA (Kubera, 2008), où chaque agent porte en lui les méthodes permettant de l’utiliser et de l’interroger. L’objectif est de faciliter ainsi l’ajout de divers types de supports hétérogènes (écrans, tablettes, table de surface, etc.) portés eux-mêmes par des agents

Mise en perspectives et analyses multidimensionnelles

43Le projet TIFAIFAI est un projet pluridisciplinaire en pleine émergence. Une des premières étapes a consisté à lever les verrous technologiques et ceux associés aux recherches en systèmes embarqués et en systèmes multiagents, ce qui a été fait avec la conception de la première release. La pluralité des dimensions pédagogiques, informatiques et IHM soulevées par ce dispositif est maintenant à prendre en compte pour analyser l’ensemble du dispositif. Nous présentons ici deux axes d’analyse, une analyse centrée sur l’apprendre et une autre centrée sur l’IHM.

Appropriation en sciences de l’éducation

44Un mur d’écrans en tant que tel peut renforcer la magistralité d’un cours et donc exclure les élèves les moins enclins à faire circuler les savoirs pour se les approprier. C’est un risque à prendre en compte. Comme Sensevy (2001), nous considérons que dans la classe, une partie sans doute capitale du travail professoral consiste à aménager le milieu dans lequel les élèves pourront évoluer. C’est au professeur de prendre en considération les besoins de chaque élève pour agir en interrelation sur le temps didactique passant de l’individualisation au travail collectif.

45Pour Vygotski (Clot, 1999), le travail en groupe favorise l’apprentissage et active ainsi le développement mental, dans ce qu’il nomme la « zone proximale de développement ». Cet espace d’apprentissage s’inscrit dans le prolongement de ce que l’enfant sait faire seul. C’est le lien certain, selon Michel Brossard entre l’inter et l’intrapsychique. Les moyens utilisés par l’enseignant, en relation avec les pairs et les situations rencontrées, peuvent permettre à l’apprenant de mieux s’approprier les objets à apprendre. Le mur d’écrans peut ainsi favoriser l’appui sur les autres pour réaliser des activités auxquelles seul il ne pourrait accéder. En effet, nous l’avons vu précédemment, il est possible d’imaginer comment l’enseignant peut agir à son aise sur la mise en perspective d’un ou de plusieurs écran(s)-élève(s), selon ce qu’il juge pertinent de travailler pour activer des médiations entre élèves, entre élèves et savoirs, entre élèves et modélisation de certains contenus proposés. Il donne la possibilité soit de visualiser une seule image/écran sur les 9 écrans présents [FIGURE 2], soit d’isoler certains écrans pour les mettre en avant. Dans le cas de la méthodologie SCRUM que nous avons exposée, il semble important de mesurer combien les apprentissages tirés de la collaboration avec autrui favoriseront une appropriation et deviendront une conquête propre du sujet, comme l’a montré Vygotski. Si un mur d’écrans permet l’interactivité et la réduction de certains degrés de liberté ou l’identification des caractéristiques pertinentes d’une tâche d’apprentissage, alors il serait nécessaire de mesurer selon l’utilisation faite par les enseignants, quels sont les effets sur la contextualisation/décontextualisation. En d’autres termes, évaluer si cette utilisation renforce le rapport au savoir contextualisé en lien avec une tâche ou si les élèves s’orientent vers la décontextualisation du savoir et entrent ainsi mieux dans une activité. C’est la circulation du savoir qui est en jeu ici, car elle s’inscrit dans le processus d’appropriation, dans le lien entre inter et intrapsychique.

46Le mur d’écrans permet-il de faire groupe ? Telle est probablement la question centrale d’un point de vue pédagogique. En effet, il peut avoir une fonction intégrative pour des élèves qui ne travailleraient ni sur les mêmes tâches ni dans les mêmes lieux. Nous avons cité l’exemple d’un élève gravement malade, hospitalisé, qui serait connecté avec sa classe à distance. L’absence physique de l’élève dans la salle de classe peut l’exclure de l’appartenance au groupe en situation. Pour autant lorsqu’il est relié à la classe à distance, qu’il travaille en même temps que ces pairs, qu’il peut partager son activité et accéder à celle des autres, alors il a accès aux interactions habituelles d’une classe tout en étant éloigné physiquement. Partager son travail, l’avancée de ses recherches, accéder à celles des autres par la matérialisation sur le mur d’écrans nourrit le conflit sociocognitif dont nous savons l’importance pour apprendre. Ce qui se réalise par des échanges et des interactions induits par le professeur en situation d’apprentissage dans un même lieu peut s’effectuer au même titre à distance.

Surcharge cognitive

47Que ce soit sur des questions de lecture, comme André Tricot (2011) ou Éric Jamet (2009) l’ont montré ou sur d’autres liées à la gestion des informations des écrans informatiques, se pose à nous le problème d’une éventuelle surcharge cognitive dans l’utilisation du mur d’écrans, notamment dans sa forme mosaïcale. Plusieurs études menées au Canada (Sauvé, 2010) ont montré qu’au-delà de 3 écrans, il est complexe de traiter les informations qui s’y trouvent. Il nous sera alors nécessaire d’étudier la surcharge cognitive potentielle pour connaître les limites à la manipulation du mur d’écrans. Le mur ne paraît pas adapté pour un groupe d’une centaine d’étudiants. Par contre, il pourrait faciliter le travail en commun de petits groupes. Se pose alors la question du rapport entre nombre d’étudiants et/ou d’écrans. Projeter plusieurs informations, c’est prendre le risque que l’étudiant ne sache pas où se centrer et finisse par se disperser. La manipulation du mur doit créer une unité pour ne produire ni de surcharge cognitive ni de divertissement. En effet, la mémoire immédiate doit être en mesure de gérer l’ensemble des opérations cognitives pour traiter l’information présente, faire des choix, s’engager dans la résolution des problèmes tout en ayant accès aux informations des autres écrans du mur. Le risque est donc grand d’une dispersion de l’activité cognitive au détriment de l’atteinte des objectifs pour aller au bout de la tâche. Si les utilisateurs peuvent focaliser leur attention de manière fluide et malléable sur une partie du mur à un moment donné, alors comment s’articule la tâche immédiate par rapport aux activités globales ? Ainsi, si le mur peut être comparé à un grand écran avec une structuration mosaïcale, du côté pédagogique, quelles hypothèses peut-on faire avec cette approche ?

48Au risque d’une surcharge cognitive, soulignent Annette Béguin-Verbrugge et Susan Kovacs (2011), le jeune lecteur doit gérer au moins trois plans en parallèle : les consignes que donne l’enseignant, le fonctionnement de l’ordinateur et du logiciel, et le dispositif sémiotique porteur d’informations à interpréter. De plus, la motricité qu’il met en œuvre ne concerne pas que la main qui déplace la souris [ou le doigt sur les tablettes tactiles] ; elle relève aussi d’une projection mentale dans le monde présenté à l’écran sur lequel il est possible d’agir. La question de l’activité cognitive et de son éventuelle surcharge avec le mur d’écrans nous paraît être un point essentiel de cette pratique pédagogique sur laquelle il nous faudra penser puisqu’il s’agit ici, non pas d’un écran, mais de plusieurs écrans susceptibles de changer selon les choix de l’enseignant, selon les besoins d’apprentissage avec des variations multiples selon chaque étudiant.

49Les analyses, côté IHM, devront aussi porter sur l’apport des cameras de détection de mouvements, sur la manipulation des informations présentes sur le mur et sur le transfert d’informations entre le mur d’écrans et les tablettes. Avec ce dispositif, nous nous positionnons dans le domaine des interfaces à manipulation directe. Cette terminologie a été définie par Shneiderman (2004) et Hutchins (1986) pour caractériser des interfaces qui induisent chez l’usager une impression « d’engagement direct » et dans lesquelles les actions élémentaires des usagers ont un effet immédiat sur l’affichage à l’écran.

Perspectives : De nouveaux espaces d’interactions pour apprendre

Perspectives pédagogiques

50Plusieurs applications ont été discutées lors de différentes présentations du mur d’écrans à des utilisateurs potentiels (étudiants, enseignants, personnels administratifs) afin d’expérimenter et d’analyser l’appropriation de ces interfaces dans le domaine de la formation. Nous mesurons ici combien la flexibilité du scénario pour une meilleure adaptation à l’apprenant peut avoir une place conséquente. En effet, comme indiqué précédemment, le mur d’écrans est reconfigurable selon le souhait de l’usager, grâce aux agents embarqués. La surface de visualisation devient donc modulable et l’enseignant dispose ainsi de toutes possibilités pour adapter l’usage du mur d’écrans aux besoins des apprenants et surtout en fonction de la situation. Au-delà des aspects didactiques liés aux contenus de savoirs, il apparaît nécessaire que l’usager, enseignant ou apprenant, puisse anticiper les problèmes cognitifs rencontrés et décider de la meilleure stratégie possible pour favoriser la résolution du problème en termes d’enjeux de savoir. Le propos de ce chapitre est d’essayer de voir en quoi l’utilisation de ce type d’artefact peut modifier les pratiques enseignantes et quels en sont les effets potentiels sur le processus d’apprentissage. Nous pouvons faire référence ici à Gérard Vergnaud (1996) en nous appuyant sur la notion de « champs conceptuels » qu’il définit comme « un ensemble de situations dont le traitement nécessite la mise en œuvre de conceptualisations et de représentations qui se construisent à partir de connaissances en acte ». Elles échappent le plus souvent au contrôle de l’apprendre, car ils sont non conscientisés. Il s’agit donc d’identifier des stratégies d’apprentissage qui sont propres à chaque sujet en fonction des besoins relevés dans le courant du déroulement de l’apprentissage. Le mur d’écrans permet probablement d’une part d’effectuer un focus auprès d’un étudiant pour réduire le degré de liberté dans la réalisation et l’appropriation d’une tâche (Bourdon, 2006), et, d’autre part, de mettre en œuvre des interactions entre pairs pour avancer vers le but à atteindre.

Nouveaux supports, nouvelles pratiques et nouvelles interrogations

51Nous avons présenté les possibilités offertes pour la gestion diversifiée d’un mur d’écrans avec l’accès à l’ensemble des activités de l’apprenant, à la façon dont il travaille, cherche et met en lien les données qu’il collecte et construit. Il s’agit bien ici de mobiliser les possibilités offertes par ce type de dispositif pour penser la gestion de l’interaction entre pairs qui est à différencier de l’exposition de l’intime. En effet, cette question du soi, de la visibilité des procédures utilisées par l’apprenant est à prendre en considération pour mesurer les effets de l’interaction entre les différents apprenants et l’enseignant suite à l’accès des données « personnelles », au travail individuel de chacun, visualisé sur un mur commun.

52Il paraît alors indispensable de laisser le choix à l’apprenant de donner accès ou non à sa production personnelle pour qu’elle devienne publique. C’est dire combien, au-delà des stratégies pédagogiques, la bienveillance de l’enseignant sera nécessaire pour que chacun accepte de s’exposer sans risque, pour que chacun accepte de sortir un document de sa sphère privée pour le rendre public. Le mur d’écrans est en effet un artefact différent de ce qu’on a l’habitude d’utiliser. Chacun peut avoir accès à la diversité de travail, à la façon de penser de l’autre, aux procédures de travail à plusieurs, etc.

53Cette possibilité de partage des données, des procédures, des productions peut se penser dans une démarche de conflit sociocognitif de façon à ce que les apprenants se confrontent aux savoirs de l’autre, l’analysent, opèrent des choix, se l’approprient. Il s’agit de développer de nouvelles situations pour concevoir la gestion des médiations, pour développer de nouvelles compétences, présenter plusieurs informations en même temps et s’appuyer sur les interactions entre les apprenants et les tuteurs pour apprendre qu’ils soient présents ou à distance.

54Par exemple, le scénario présenté précédemment en section 2, induit des changements dans les pratiques enseignantes. La technologie nous permet de diversifier l’apprentissage par des artefacts différents de l’habituel, nous l’avons dit. Une question reste en suspens touchant aux manières de s’approprier le mur et les informations qu’il présente, car ce dernier peut conduire soit à un contrôle unitaire de l’enseignant, soit à un meilleur partage de l’information entre les apprenants, permettant d’extraire des informations communes, des stratégies communes pour la résolution du problème posé en TP, par exemple. La multiplicité des solutions adoptées par les apprenants ou les stratégies cognitives peuvent aussi permettre d’apporter différents regards sur le problème pour envisager différentes approches de celui-ci. Répondre aux différents profils, exposer différentes stratégies d’apprentissage peut-il permettre que chacun se l’approprie ? La diversification des procédures d’apprentissage peut aider chaque apprenant à trouver les étayages particuliers dont il a besoin pour apprendre, car offrir différentes méthodes peut faciliter l’apprentissage du plus grand nombre.

55D’autres applications sont aussi envisagées, telles qu’un usage du mur en visioconférence notamment pour des élèves atypiques, à distance en raison de leur état de santé ou de leurs activités sportives. Une partie des écrans pourrait ainsi être dévolue à l’affichage des différents membres participant à la discussion sur différents sites. La personne qui parle serait affichée sur plusieurs écrans en « zoom », l’affichage serait actualisé en fonction des tours de parole de chacun. La position des écrans pourrait être modifiée en fonction de la disposition de la salle. Une autre application doit voir le jour afin que le mur puisse servir de supports à des activités de « Art Design », quitte à ce que certains écrans soient déplacés.

56Nous voyons ici que l’usage du mur d’écrans en situation d’apprentissage interroge profondément la façon dont l’enseignant s’en saisit pour favoriser la différenciation et la diversification des moyens pour apprendre. Quels sont les effets sur les élèves ? Telle est probablement la question centrale.

Conclusion

57Notre approche se base sur la méthodologie de conception SCRUM, initialement dédiée au monde de la gestion de projets, afin de recourir à un processus empirique intégrant l’utilisateur final tout au long de la chaîne de conception et de développement par des expériences de terrain. Il nous faut maintenant réaliser différentes releases et sprints afin de définir, avec les utilisateurs, de nouveaux usages de ces espaces d’interactions.

58Cette recherche participative permet de faire évoluer les espaces proposés de façon itérative, en laissant le temps aux différents intervenants de s’approprier et de dialoguer sur les nouveaux usages en développement.

59Les enjeux cognitifs en lien avec la spécificité de l’outil et son utilisation nous amènent à interroger spécifiquement les effets d’une telle démarche auprès des élèves et des étudiants d’aujourd’hui. Siemens et Downes (2005) ont développé une « nouvelle » théorie de l’apprentissage qu’ils ont nommée : « connectivisme ». Il est fort probable qu’avec le mur d’écrans, nous confirmons l’entrée dans une nouvelle ère pour gérer la complexité, les réseaux de connaissances, les manières d’accéder aux expérimentations, les stratégiques d’apprentissage qui se modifient continuellement et rapidement. En tout état de cause, si cette théorie se confirme en tant que telle, elle ne pourra que s’inscrire dans un socioconnectivisme tant les liens et les interactions entre les pairs sont indispensables pour favoriser l’appropriation des savoirs par chaque étudiant.

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Table des illustrations

Titre FIGURE 1 – Architecture matérielle (systèmes embarqués : RaspBerry Pi, BeagleBoard et communication réseau IP) et logicielle (plateformes agents hétérogènes : AMS, ARx, ABx, DF) du mur d’écrans en interaction avec des supports mobiles
URL http://dms.revues.org/docannexe/image/588/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 64k
Titre FIGURE 2 – Mur d’écrans
URL http://dms.revues.org/docannexe/image/588/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 38k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Valérie Renault, Florent Carlier et Patrice Bourdon, « TIFAIFAI : Conception de Nouveaux Espaces d’Interactions pour Apprendre », Distances et médiations des savoirs [En ligne], 5 | 2014, mis en ligne le 14 mars 2014, consulté le 26 avril 2017. URL : http://dms.revues.org/588 ; DOI : 10.4000/dms.588

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Auteurs

Valérie Renault

Centre de recherche en éducation de Nantes (CREN) Université du Mans, Université de Nantes
valerie.renault@univ-lemans.fr

Florent Carlier

Centre de recherche en éducation de Nantes (CREN) Université du Mans, Université de Nantes
florent.carlier@univ-lemans.fr

Patrice Bourdon

Centre de recherche en éducation de Nantes (CREN) Université du Mans, Université de Nantes
patrice.bourdon@univ-nantes.fr

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