Abstrait
La robotique éducative engage les étudiants dans une approche STEM intégrée qui les aide à comprendre les concepts STEM et à accroître les perceptions positives des sujets STEM dès le plus jeune âge. Lorsque la pandémie de COVID-19 a éclaté, les robots physiques dans une salle de classe en présentiel sont devenus impossibles. Un programme de robot virtuel a été rapidement développé pour fonctionner avec une plate-forme de codage familière afin de fournir aux étudiants et aux enseignants une solution robotique alternative pouvant être utilisée n'importe où. Dans cet article, les données d'utilisation de plus d'un million d'élèves dans le monde seront interprétées parallèlement à deux études de cas d'enseignants. Cette combinaison de données a permis de mieux comprendre le robot virtuel en tant qu'outil d'apprentissage et ressource pédagogique. Les études de cas d’enseignants ont également révélé un ensemble de besoins critiques qui ont facilité l’enseignement dans des circonstances aussi imprévisibles. Enfin, ces données indiquent que l’environnement d’apprentissage du robot virtuel pourrait être utilisé comme complément symbiotique à un robot physique pour aider les étudiants à prendre confiance en la programmation itérative, accroître leur enthousiasme pour la robotique éducative et offrir aux enseignants une option d’enseignement très flexible pour l’avenir.
Mots clés
Robot virtuel, robotique éducative, robotique pédagogique, solutions COVID-19, enseignement STEM, informatique, programmation
Introduction
La robotique et l'informatique sont de plus en plus intégrées dans les écoles primaires et secondaires (de la maternelle à la 12e année) aux États-Unis ces dernières années, sous l'impulsion des rapports et politiques nationaux. En 2015, la National Science Foundation a déclaré que l'acquisition de connaissances et de compétences en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques (STEM) est de plus en plus vitale pour que les Américains puissent s'engager pleinement dans une économie mondiale à forte intensité technologique, qu'il est essentiel que chacun ait accès à une éducation de haute qualité dans les domaines STEM. Le comité du Conseil national des sciences et technologies sur l'enseignement STEM a présenté un rapport en 2018 pour décrire une stratégie fédérale pour l'enseignement STEM. Ce rapport note que « le caractère même de l'enseignement STEM a évolué d'un ensemble de disciplines qui se chevauchent vers une approche plus intégrée et interdisciplinaire de l'apprentissage et du développement des compétences. Cette nouvelle approche comprend l'enseignement de concepts académiques par le biais d'applications concrètes et combine l'apprentissage formel et informel dans les écoles, la communauté et le lieu de travail. Il cherche à transmettre des compétences telles que la pensée critique et la résolution de problèmes, ainsi que des compétences générales telles que la coopération et l’adaptabilité. Cette focalisation nationale sur l'apprentissage STEM s'est accompagnée d'une recherche et d'une innovation accrues dans les milieux éducatifs sur la manière de mieux intégrer la technologie dans la salle de classe pour les sujets STEM.
La robotique offre aux étudiants un moyen pratique d'explorer les concepts STEM. Les sujets STEM de base sont des sujets importants dans l’enseignement primaire et secondaire, car ils constituent des conditions préalables essentielles aux études supérieures et supérieures ainsi qu’à l’augmentation des compétences techniques de la main-d’œuvre (Committee on STEM Learning, 2018). Une métaanalyse (Beniti, 2012) a révélé que, de manière générale, la robotique éducative augmentait l'apprentissage de concepts STEM spécifiques. Des études portant sur de nombreux groupes d'âge ont révélé que la robotique augmente l'intérêt des élèves et les perceptions positives des matières STEM (Nugent et al., 2010 ; Robinson, 2005 ; Rogers & Portsmore, 2004), ce qui à son tour augmente la réussite scolaire et favorise l'obtention d'un diplôme en sciences (Renninger & Hidi, 2011 ; Wigfield & Cambria, 2010 ; Tai et al., 2006). Pour les élèves du secondaire, la robotique a été utilisée pour soutenir la préparation à l’université et les compétences professionnelles techniques (Boakes, 2019 ; Ziaeefard et al., 2017 ; Vela et al., 2020), tandis que la robotique a été présentée aux élèves du primaire pour développer leur recherche et leur développement. compétences en résolution de problèmes et favoriser des perceptions positives des sujets STEM (Cherniak et al., 2019; Ching et al., 2019). L’introduction de la robotique éducative a été particulièrement bénéfique pour les jeunes élèves, qui peuvent commencer à développer des attitudes négatives à l’égard des matières STEM dès la 4e année (Unfried et al., 2014). Les jeunes étudiants bénéficient d’un contexte d’apprentissage intégré et développent des attitudes plus positives envers les matières STEM avec des expériences précoces de réussite (McClure et al., 2017).
La recherche a également montré que l’introduction de la robotique pendant la formation initiale des enseignants augmentait leur efficacité personnelle, leurs connaissances du contenu et leurs capacités de réflexion informatique (Jaipal-Jamani et Angeli, 2017). Même s’il est logique que les avantages de la robotique se retrouvent chez les enseignants comme chez les étudiants, l’introduction de la robotique dans la formation formelle des enseignants reste encore limitée. Dans de nombreux pays, la formation traditionnelle des enseignants se concentre sur des sujets disciplinaires en sciences et en mathématiques, laissant la plupart des enseignants sous-préparés en ingénierie et en technologie (Epstein et Miller, 2011) et moins confiants dans l’enseignement de sujets STEM non abordés dans la formation formelle des enseignants ou dans l’établissement de liens entre les STEM. disciplines (Nadelson et al., 2013; Kelley & Knowles, 2016). Bybee (2010) a noté que cette limitation des sujets STEM dans la formation des enseignants conduit à une sous-représentation de l'ingénierie et de la technologie, en particulier dans l'enseignement de la maternelle à la 8e année. Même si les avantages de l’inclusion de la robotique dans la formation des enseignants sont évidents (Jaipal-Jamani et Angeli, 2017), une alternative pourrait être trouvée grâce au développement professionnel continu et à l’apprentissage informel par le biais de communautés de pratique. Bandura (1977) a exprimé l'aspect critique des contextes d'apprentissage social et, à partir de ce concept, Lave et Wenger (1991) ont esquissé le concept de communautés de pratique (CoP). Pour une CoP, les membres se rassemblent autour d'un intérêt commun dans un domaine, développent une communauté et partagent des recherches et des idées pour approfondir leurs compétences et leurs connaissances, développant une pratique (Lave & Wenger, 1991). Au lieu de la robotique dans la formation formelle des enseignants, l’apprentissage informel et les CoPs pourraient offrir des avantages similaires aux enseignants, mais aussi aux étudiants.
Malheureusement, la pandémie de COVID-19 a provoqué une perturbation mondiale généralisée de l’apprentissage en personne, affectant presque tous les étudiants du monde (ONU, 2020). Les expériences d'apprentissage pratique ont été suspendues, ce qui constituait une partie fondamentale de la plupart des programmes de robotique STEM, y compris le programme de robotique utilisé par la gamme de robotique éducative VEX. Des solutions d'apprentissage à distance étaient nécessaires pour fournir rapidement un environnement d'apprentissage virtuel capable d'aider les étudiants à aborder les sujets STEM de manière authentique et significative. VEX Robotics a rapidement créé VEXcode VR (ci-après simplement appelé « VR »), une plateforme avec un robot virtuel qui pourrait être utilisé de la même manière qu'un robot physique.
Cet article examinera les données d'utilisation collectées par la plateforme VR pour mieux comprendre comment ce substitut virtuel s'est produit pendant cette perturbation mondiale. Deux études de cas seront également présentées qui fournissent un contexte sur la manière dont les enseignants ont mis en œuvre la réalité virtuelle dans leurs environnements d'apprentissage à distance. Les deux principales questions de recherche de cet article sont les suivantes :
- Quelles informations les données d'utilisation et les études de cas d'enseignants peuvent-elles révéler sur l'apprentissage des élèves avec la réalité virtuelle après l'épidémie de COVID-19 ?
- Quelles informations les enseignants peuvent-ils fournir sur la mise en œuvre de la réalité virtuelle en classe ?
Le chaos provoqué par la COVID-19 a été particulièrement ressenti par les éducateurs. Des décennies d’expérience et de leçons conçues pour l’apprentissage en personne ont été instantanément bouleversées, mais cette perturbation a également encouragé les éducateurs à expérimenter de nouveaux outils et méthodes d’enseignement. Comprendre les décisions prises et les résultats obtenus du point de vue des éducateurs qui ont mis en place des solutions innovantes peut donner un aperçu de la manière d'intégrer les nouvelles technologies pour renforcer l'apprentissage des élèves en robotique et dans les matières STEM à l'avenir.
Méthodes
VEXcode VR. Lorsque les écoles des États-Unis ont fermé leurs portes en mars 2020, il fallait trouver une solution permettant de maintenir l’intérêt des étudiants dans les sujets liés à la robotique et aux STEM tout en travaillant à distance. La réalité virtuelle a été développée et lancée le 2 avril 2020, quelques semaines seulement après que la plupart des écoles soient passées au format virtuel. Les activités VR ont été créées pour être cohérentes avec les autres programmes de robotique avec des leçons interdisciplinaires alignées sur les normes de contenu. La plate-forme de codage VEXcode VR est la même que celle que les étudiants utiliseraient normalement avec des robots physiques, avec en plus l'interface virtuelle, comme le montre la figure 1. Au lieu d'un robot physique, les élèves créent des projets pour contrôler un robot virtuel dans un « terrain de jeu » thématique qui change en fonction de l'activité. Les étudiants débutants en codage utilisent une programmation basée sur des blocs et les étudiants avancés utilisent du texte basé sur Python.
Figure 1. L'interface de la plateforme VEXcode VR pour l'activité de nettoyage des récifs coralliens.
Les activités de réalité virtuelle ont été créées pour être interdisciplinaires, combinant les compétences informatiques fondamentales pour contrôler un robot virtuel avec des sujets liés aux sciences ou aux mathématiques. Au cours de ces activités de réalité virtuelle, les élèves apprennent non seulement la programmation, mais également la recherche scientifique, la pensée mathématique et les connaissances techniques, autant de composants d'un cadre STEM intégré (Kelley & Knowles, 2016). Les circonstances uniques provoquées par le COVID-19 exigeaient que les étudiants soient capables de suivre les cours de manière indépendante dans des environnements mixtes, synchrones ou asynchrones. Pour ce faire, les élèves sont initiés aux objectifs d’apprentissage et au but de l’activité. L’enseignement direct est ensuite utilisé pour fournir un enseignement étape par étape et un échafaudage intentionnel pour séquencer l’apprentissage en vue de la compréhension (Stockard et al., 2018 ; Bowen RS, 2017). Les étudiants reçoivent ensuite un échafaudage ciblé leur permettant de résoudre le défi de codage final (Puntambekar et al., 2010). Les étudiants apprennent que la robotique et le codage sont utilisés pour résoudre des problèmes pratiques et interdisciplinaires. Par exemple, dans l'activité de nettoyage des récifs coralliens, les élèves sont mis au défi de diriger leur robot autour d'un récif corallien pour collecter autant de déchets que possible avant que leur batterie solaire ne s'éteigne. La pollution est un problème mondial qui sera résolu par les étudiants de demain, et s'engager dans ces projets authentiques basés sur des scénarios aide les étudiants à appliquer leurs compétences en informatique dans toutes les disciplines.
Figure 2. Le contexte de la mission pour l’activité de nettoyage des récifs coralliens.
Étant donné que les étudiants sont séparés de leurs instructeurs, l'environnement virtuel devait être aussi transparent que possible pour réduire l'attention partagée et la charge cognitive (Sweller, 2020 ; Sentz et al., 2019). Les étudiants peuvent glisser et déposer des commandes dans leur projet et regarder leur robot naviguer dans le terrain de jeu VR dans la même fenêtre. Les élèves peuvent ajouter n'importe quel nombre de blocs à la fois, en exécutant le projet après chaque ajout, pour voir comment leur robot se déplace dans la cour de récréation. Cela fournit aux étudiants un feedback immédiat et un premier sentiment de réussite.
De plus, l’apprentissage à distance a créé des obstacles pratiques que la réalité virtuelle devait surmonter. Les ordinateurs scolaires ont souvent des restrictions pour le téléchargement d'applications, ce qui fait que l'ajout d'un programme constitue un obstacle dans les circonstances les plus normales, et encore moins lorsque les élèves sont à distance avec les ordinateurs de l'école. Mais les élèves n’ont peut-être même pas accès aux ordinateurs de l’école pour faire leur travail. Pour maximiser l'accès à la réalité virtuelle, le programme a été conçu pour être entièrement basé sur le Web (aucun téléchargement ni plug-in requis) et pour fonctionner sur de nombreux types d'appareils différents afin d'augmenter la probabilité que les étudiants puissent l'utiliser.
Résultats
Données d'utilisation. Les données présentées sont fournies par Google Analytics. Comme VEXcode VR est entièrement basé sur un navigateur, il existe un certain nombre de mesures différentes qui donnent un aperçu de la manière dont cet environnement de robot virtuel a été utilisé à l'échelle mondiale. Depuis son lancement en avril 2020, le nombre d'utilisateurs de réalité virtuelle a augmenté chaque mois, totalisant plus de 1,45 million d'utilisateurs dans plus de 150 pays.
Figure 3. Les pays avec des utilisateurs de VR dans le monde.
Compte tenu de la chronologie du COVID-19 et de la sortie de la réalité virtuelle, nous avons également examiné l'utilisation au fil du temps. Comme le montre la figure 4, le nombre d'utilisateurs a augmenté rapidement peu de temps après la sortie, puis a diminué pendant les mois d'été, lorsque les étudiants n'étaient pas scolarisés. Les mois typiques de rentrée scolaire (août/septembre) ont connu une augmentation significative qui a persisté pendant le reste de l'année scolaire. Les baisses périodiques du nombre d'utilisateurs indiquent une moindre utilisation le week-end et pendant les périodes de vacances.
Graphique 4. Le nombre d'utilisateurs au fil du temps depuis le lancement de la VR.
Un projet est un programme que les élèves créent pour une leçon ou un défi. Il n'est pas nécessaire que les projets soient enregistrés pour pouvoir être exécutés, mais un projet enregistré est téléchargé pour qu'un utilisateur puisse y revenir ultérieurement. Il y avait plus de 2,52 millions de programmes sauvegardés. Cependant, il n'est pas nécessaire qu'un projet soit enregistré pour être exécuté. Étant donné que la VR est entièrement basée sur un navigateur, la modification d'un projet et son test s'effectuent immédiatement en sélectionnant « START ». Il y a eu plus de 84 millions d'exécutions de projets dans le logiciel, ce qui indique que les étudiants testaient leurs projets à intervalles fréquents. Grâce à cette boucle de rétroaction immédiate, les étudiants ont eu la possibilité d'expérimenter et d'itérer à un rythme beaucoup plus rapide qu'en travaillant avec un robot physique. Ce processus itératif est une bonne indication pour l’apprentissage des élèves, car il a été démontré que plusieurs itérations maintiennent l’engagement et l’intérêt des élèves (Silk et al., 2010).
| Données VR VEXcode | |
| Utilisateurs | 1 457 248 |
| Projets enregistrés | 2 529 049 |
| Exécuter des projets | 84 096 608 |
| Des pays | 151 |
Tableau 1. Toutes les données d'utilisation de VEXcode VR d'avril 2020 à avril 2021.
Données de certification. En plus du programme VR lui-même et du programme qui l'accompagne, VR comprend une formation gratuite pour enseignants appelée CS avec VEXcode VR Educator Certification Course. Depuis son lancement en juin 2020, plus de 550 éducateurs ont obtenu la certification, qui contient plus de 17 heures de programme et de soutien, pour devenir un éducateur certifié VEX. Le cours de certification contient 10 unités de matériel destiné à préparer des enseignants qui n'ont aucune expérience en informatique ou en robotique. Le contenu couvre des sujets tels que les bases de la programmation, comment coder le robot VR, comment enseigner avec les activités VR et comment mettre en œuvre la VR dans une salle de classe. La figure 5 montre à la fois le nombre d'éducateurs certifiés mensuellement et cumulativement de juin 2020 à mars 2021. Les tendances des données montrent une augmentation du nombre d’éducateurs certifiés au moment de la rentrée scolaire, qui comprend les mois d’août et septembre et jusqu’en octobre 2020.
Étude de cas 1
Aimee DeFoe est la directrice de la Kentucky Avenue School, une petite école privée de Pittsburgh, aux États-Unis, qui combine des méthodes d'enseignement et d'apprentissage traditionnelles et innovantes. Comme la plupart des écoles, l’école Kentucky Avenue a été perturbée par le COVID-19 et a dû identifier des plans alternatifs pour la rentrée scolaire de l’automne 2020, sans savoir comment les circonstances allaient changer. Les six premières semaines de l'année ont été enseignées entièrement virtuellement, et l'année restante s'est déroulée dans un format hybride avec des cohortes d'étudiants alternant jours d'enseignement en personne et à distance. Même lorsque les élèves apprenaient à la maison, il était essentiel qu’ils continuent de s’engager dans les mêmes activités de résolution de problèmes et de pensée critique qu’en classe.
Aimee a choisi d'utiliser la réalité virtuelle avec ses élèves de sixième et septième années pour plusieurs raisons. La réalité virtuelle étant un environnement d’apprentissage entièrement virtuel, les étudiants pourraient passer de la maison à l’école sans que les changements de politique n’aient d’impact sur leurs activités d’apprentissage. L'environnement de codage par blocs ne serait pas intimidant pour les étudiants novices en codage et certaines activités étaient conçues pour différents niveaux d'expérience. Elle pensait également que les étudiants trouveraient les robots VR passionnants et motivants, ce qui s'est avéré vrai. En réfléchissant à ce qu'elle espérait que les étudiants obtiendraient de la réalité virtuelle, Aimee a déclaré :
J'espérais que l'utilisation de la réalité virtuelle serait tout aussi rigoureuse, stimulante et excitante que l'utilisation de robots physiques, et que mes étudiants n'auraient pas l'impression de manquer une expérience, mais plutôt d'acquérir un nouveau type d'expérience de codage qui serait tout simplement aussi excitant. Je voulais qu'ils ressentent le même genre d'accomplissement qu'ils auraient ressenti en classe lorsqu'ils devaient réitérer et persister à travers des défis pour finalement réussir.
En tant que seule professeure de robotique, Aimee a enseigné à 23 élèves une fois par semaine entre la rentrée scolaire et les vacances d'hiver, pour un total de 15 leçons. Les étudiants ont commencé par le cours « Informatique niveau un – Blocs ». Aimee a travaillé sur la première unité avec les étudiants en groupe, mais pour les leçons restantes, elle a laissé les étudiants travailler à leur propre rythme et a joué le rôle de facilitatrice. La plupart des étudiants ont terminé entre sept et neuf unités, avec l'activité supplémentaire de nettoyage des océans.
Aimee a constaté que les élèves étaient très motivés par les défis des leçons ; à tel point qu'il était parfois difficile de les faire travailler systématiquement pendant la leçon. Certains élèves qui avaient des difficultés d’attention ou de lecture avaient besoin d’un soutien supplémentaire, et les concepts supérieur/inférieur à et booléen représentaient un défi. Cependant, la plupart des étudiants ont eu suffisamment de défis, de difficultés et de réussites. Les étudiants étaient enthousiasmés à l’idée de travailler avec des robots physiques à leur retour en classe. Après avoir travaillé avec la VR, Aimee a noté : « Tout le monde a quitté le cours en tant que codeur plus confiant, sans aucun doute. »
Étude de cas 2
Mark Johnston enseigne aux élèves de septième et huitième années à la Bel Air Middle School à El Paso, aux États-Unis. Pour son cours STEM 1, Mark enseigne les cours Project Lead the Way Gateway sur l'automatisation et la robotique, ainsi que sur la conception et la modélisation à environ 100 étudiants. Le cours STEM 1 incorporait le robot VEX IQ pour enseigner la mécanique de base et le codage de base avec VEXcode IQ (un kit robot en plastique destiné aux étudiants plus jeunes). Ce cours est dispensé au semestre d’automne, de sorte que la perturbation initiale due au COVID-19 n’a pas eu d’impact sur sa robotique au printemps. Cependant, en avril 2020, Mark a vu le robot VEX VR et a commencé à travailler avec lui. «Quand j'ai vu que la réalité virtuelle utilisait la même configuration (c'est-à-dire VEXcode), j'étais très excité parce que j'ai vu le potentiel, comme si une pièce de puzzle dont je savais qu'elle correspondrait parfaitement à ce que je faisais déjà. Lorsque VR a été mis à jour pour inclure Python, j’étais encore plus excité. Mark a créé des vidéos didactiques pour d'autres enseignants, rassemblant un large public sur les plateformes de médias sociaux. Par l’intermédiaire de sa propre entreprise éducative à but non lucratif, Mark a proposé un camp d’été gratuit aux étudiants utilisant la réalité virtuelle, en plus d’une formation d’enseignant en préparation pour l’année scolaire 2020/21.
Les circonstances d’enseignement incertaines rendent difficile la planification. « Lorsque j’ai réalisé que l’enseignement à distance se poursuivrait jusqu’à l’année scolaire 2020/21, j’ai décidé d’enseigner d’abord le design, puis la robotique… , mais il y avait tellement de choses en suspens qu’il était difficile de planifier quoi que ce soit. Je ne savais pas si nous allions revenir en personne ou continuer en ligne – très peu d'informations étaient claires à l'époque. J’ai fini par mélanger la robotique et le design et j’ai planifié un ou deux jours à l’avance. Mark a commencé à utiliser la réalité virtuelle au début de l'année scolaire (qui restera 100 % à distance jusqu'en 2021) en sélectionnant différentes activités sur le site, ce qui a bien fonctionné car il y avait différents niveaux d'expérience et des instructions modifiables. Lorsque le cours d'informatique niveau 1 – Blocs a été publié, il a accompagné les étudiants dans son intégralité, tout en notant que la prochaine fois, il distillerait les leçons en cours plus courts. L'utilisation de la réalité virtuelle était intrinsèquement différente des cours de robotique en personne, mais Mark avait quand même un ensemble d'objectifs clés pour ces cours :
- Familiariser les étudiants avec VEXcode
- Renforcer la confiance dans la programmation (auto-efficacité)
- Présenter les idées/le vocabulaire de programmation d'une manière non menaçante
- "Incitez-les" à utiliser les mathématiques sans s'en rendre compte ;)
- Demander aux élèves de résoudre des problèmes bien définis compte tenu des contraintes
- Introduire des problèmes mal définis
- Encouragez une attitude « échouez et réessayez »
- Gardez la résolution de problèmes amusante
Même si l’expérience virtuelle était différente, Mark a trouvé des avantages évidents à utiliser la réalité virtuelle. Les étudiants avaient beaucoup moins peur d’expérimenter en utilisant la réalité virtuelle que RobotC (un autre langage de codage utilisé avec d’autres robots). Mark utilise également une mesure du temps qu'il faut aux étudiants pour obtenir une « victoire » pour déterminer la qualité d'une activité STEM, notant que « s'il faut trop de temps à l'étudiant pour obtenir un résultat positif, il est beaucoup plus difficile de le garder. engagé."
Il y avait une immédiateté dans la réalité virtuelle qui encourageait l’exploration et l’engagement actif. Mark décrit ce type de « victoire » avec un exemple d'introduction de la réalité virtuelle aux étudiants :
Moi : « Tout le monde ouvre un nouvel onglet et va sur vr.vex.com. Tout le monde voit le site ? Bien. Maintenant, faites avancer le robot.
Étudiant : « Comment ? »
Moi : « Voyez si vous pouvez comprendre…»
Étudiant : « J'ai compris ! »
Et puis ils sont accros ! À ce moment-là, beaucoup d’entre eux me demandent comment faire toutes sortes de choses différentes. Ils me demandent littéralement de leur apprendre !
Résultats et discussion
VR comme outil d'apprentissage. Les données d’utilisation et les études de cas donnent toutes deux un aperçu de la première question de recherche sur la façon dont la réalité virtuelle a fonctionné comme outil d’apprentissage pendant la pandémie de COVID-19. Le point à retenir le plus simple concerne le volume d’utilisation ; la plate-forme VR a été utilisée par plus d'un million d'étudiants dans le monde, ce qui indique que l'environnement robotique virtuel a bien fonctionné comme substitut à l'apprentissage en personne en cas de crise. Le nombre de projets exécutés (plus de 84 millions) constitue également un résultat surprenant si l'on considère le nombre d'utilisateurs individuels. En moyenne, les utilisateurs effectuaient 57 exécutions de projets, démontrant un degré élevé de tests et d'itérations. Il s’agit d’un résultat très prometteur compte tenu de l’importance de développer une attitude « essayer et réessayer » chez les étudiants. Il existe plusieurs façons possibles de résoudre les activités de réalité virtuelle, ce qui constitue une leçon essentielle à apprendre pour les élèves. Lorsque les élèves comprennent qu’il existe plusieurs solutions à un problème, il peut y avoir une probabilité accrue qu’ils demandent des commentaires aux enseignants et qu’ils comprennent mieux ce qu’ils apprennent (Marzano et al., 2011).
Les études de cas confirment également que la réalité virtuelle fonctionne comme un environnement d’apprentissage à faibles enjeux. Aimee a noté que ses élèves étaient des codeurs plus confiants et qu'ils étaient impatients de travailler avec les robots physiques. Mark a remarqué que les étudiants avaient moins peur d'expérimenter lorsqu'ils codaient dans VEXcode VR et qu'il y avait un sentiment d'immédiateté dans leur sentiment de « victoire » dans cet environnement. Lorsque nous considérons ces observations des enseignants en conjonction avec les données brutes d'utilisation, cela semble confirmer qu'un environnement robotique virtuel permet aux étudiants de se sentir plus libres d'expérimenter et d'itérer au cours de leur processus d'apprentissage, et augmente les perceptions positives de la robotique en général.
Leçons des enseignants. Lorsque nous examinons la deuxième question de recherche sur les idées que les enseignants peuvent fournir sur la mise en œuvre de la réalité virtuelle en classe, nous pouvons identifier plusieurs points communs dans les études de cas. Les deux études de cas ont révélé des informations sur la manière dont les enseignants prenaient des décisions et mettaient en œuvre des solutions pendant la COVID-19, mais également sur ce qui était nécessaire pour fournir une solution d'apprentissage efficace aux étudiants dans un environnement virtuel et hybride. Ces thèmes incluent des solutions flexibles, la continuité, ainsi que des programmes et un soutien. Ces résultats doivent être considérés comme des exigences pour toutes les solutions technologiques, car le soutien des enseignants soutient les élèves.
Compte tenu des incertitudes entourant les conditions d’enseignement, Mark et Aimee ont souligné qu’ils avaient besoin de solutions flexibles. L’apprentissage à distance pourrait se transformer en apprentissage en présentiel, ou sous une forme intermédiaire. La VR pouvait continuer à être utilisée dans n’importe quel contexte, mais offrait également une certaine flexibilité dans son approche. Les étudiants pourraient participer à des leçons structurées dirigées par un enseignant, comme Mark l'a utilisé avec les activités et le cours, ou à un apprentissage dirigé par les étudiants à leur propre rythme, comme l'a décrit Aimee. Les enseignants avaient également besoin de flexibilité en termes de niveau d'expérience, tant en termes d'activités que de types de langages de programmation proposés pour répondre aux besoins de tous les élèves.
La continuité de l’apprentissage a été jugée importante dans les deux études de cas. Aimee a noté qu'après avoir travaillé en réalité virtuelle, les étudiants étaient enthousiastes à l'idée de travailler avec les robots VEX V5 qui attendaient la reprise de l'apprentissage en personne. La réalité virtuelle servait de tremplin pour travailler avec des robots physiques et augmentait l’enthousiasme et les perceptions positives des étudiants. Mark a également noté que la continuité de VEXcode de VR à IQ était très importante pour lui : « Je ne peux pas vous dire à quel point c'est génial que VEX ait une progression très simple à suivre de la 3e année à l'université, le tout en utilisant VEXcode ! Et avec la VR, ils peuvent commencer à l’apprendre depuis chez eux !
Le programme et le soutien étaient clairement essentiels au succès de la réalité virtuelle dans cette situation d'enseignement et d'apprentissage en évolution. Les unités VR fournissaient tout le contenu que les étudiants devaient apprendre ainsi que le matériel nécessaire pour enseigner les leçons. Tous les enseignants n’ont pas une formation en informatique et en codage. Aimee a noté que le programme en blocs n'était pas non plus intimidant pour elle ni pour ses élèves. Mark a également déclaré qu'il n'était pas habitué à enseigner autant l'informatique et qu'il devait apprendre les leçons lui-même avant d'enseigner. Cependant, Mark a reconnu : « Si les choses revenaient à la « normale » demain, je serai désormais en mesure d'enseigner les parties de programmation de ma classe avec plus de confiance. Le soutien des enseignants au programme et à la programmation de la réalité virtuelle est essentiel à la mise en œuvre de la réalité virtuelle en classe.
L'apprentissage numérique n'est pas réservé aux étudiants ; les enseignants cherchent également à en savoir plus sur les pratiques et les ressources pédagogiques grâce à la technologie et aux médias sociaux. Des enseignants de près de 50 pays ont obtenu la certification VR. Une communauté mondiale de pratique se forme autour de la réalité virtuelle. Mark a commencé à publier des vidéos en VR sur les réseaux sociaux et a rapidement eu plus d'un millier de followers ; Grâce à son travail avec VR, il s'est lié d'amitié avec des enseignants en Slovénie et à Taiwan. À mesure que les enseignants partagent leur expérience et leur pratique, les élèves bénéficient en fin de compte de ces groupes de soutien informels pour enseignants. Les communautés de pratique pourraient constituer un pont entre la disponibilité actuelle de la robotique éducative et l’inclusion de cette technologie dans la formation formelle des enseignants. À mesure que de plus en plus d’enseignants se familiariseront avec la robotique éducative grâce au développement professionnel, comme les plus de 550 enseignants ayant suivi le cours de certification ou via des communautés d’apprentissage informelles, davantage d’élèves seront initiés à l’apprentissage STEM intégré.
Conclusion
VEXcode VR a été créé à une époque de grande incertitude et de grand besoin de solutions immédiates. Des solutions innovantes peuvent surgir de situations urgentes. La réalité virtuelle a touché plus de 1,45 million d'utilisateurs qui ont sauvegardé plus de 2,52 millions de projets et exécuté plus de 84 millions de projets, dans plus de 150 pays. Même si la pandémie a touché les étudiants et les enseignants du monde entier, la réalité virtuelle a permis aux étudiants et aux enseignants de s’intéresser aux concepts de la robotique et de l’informatique, indépendamment des barrières physiques. À partir des études de cas des enseignants, les thèmes de la flexibilité, de la continuité, du programme et du soutien ont été identifiés comme étant importants pour enseigner avec la technologie dans des circonstances aussi incertaines et difficiles.
Après cette période sans précédent, les leçons tirées de la création et de la mise en œuvre de la réalité virtuelle indiquent des pistes pour son utilisation à l’avenir. Les données d'utilisation combinées aux études de cas des enseignants montrent que les étudiants se sentaient moins inhibés lorsqu'ils codaient dans l'environnement virtuel. Cela suggère que la réalité virtuelle pourrait être un outil d’échafaudage précieux qui pourrait être utilisé conjointement avec des robots physiques. Ceci est également soutenu par le besoin de flexibilité ; l'utilisation de la réalité virtuelle comme outil d'apprentissage en combinaison avec un robot physique pourrait fournir un environnement d'apprentissage robotique optimal et flexible dans lequel une option simple à domicile complète le programme de robotique physique en personne. Nous attendons avec impatience les recherches futures visant à déterminer comment les enseignants pourraient combiner la robotique virtuelle et physique dans un monde post-pandémique.
Remerciements
Nous remercions Aimee DeFoe et Mark Johnston pour avoir partagé leurs expériences d’enseignement et leurs précieuses idées.