Les applications et usages de la réalité virtuelle et augmentée en pédagogie
6. Retours d'expérience d'enseignants à Arts et Métiers Paristech
6.2. Cas d'usage en réalité augmentée "Compréhension d'un mécanisme électro-mécanique"
Cette expérimentation a été réalisée par des enseignants Dominique Scaravetti et Dominique Doroszewski, sur le campus de Bordeaux d'Arts et Métiers ParisTech avec des groupes d'étudiants élèves des cursus ingénieur et de bachelor de technologie.
Les représentations virtuelles sont assez largement utilisées dans l'enseignement supérieur, pour visualiser un modèle de conception ou une simulation. Malgré tout, beaucoup d'étudiants ont des difficultés à appréhender des systèmes mécaniques, à partir d'un plan 2D ou une définition conception assistée par ordinateur (CAO) 3D. C'est pourquoi nous mettons en place des manipulations de systèmes réels, associées avec diverses représentations, particulièrement pour les étudiants n'ayant pas de pré-requis technologiques. La réalité augmentée apporte une réponse à la difficulté de faire le lien entre une représentation et le système réel.
Un scénario de réalité augmentée a été mis en œuvre sur un mécanisme électro-mécanique. Il permet d'identifier des composants et leurs emplacements, d'explorer le mécanisme et ainsi identifier plus facilement la chaîne cinématique, ou des flux de transmission de la puissance par exemple. Deux interfaces différentes ont été utilisées par les apprenants (tablettes et lunettes).
Cette première expérience a été menée avec des groupes d'élèves ingénieurs, ainsi que des étudiants en Bachelor de technologie. Sur des travaux pratiques d'analyse de mécanisme, la moitié de l'effectif a utilisé la réalité augmentée, tandis que les autres ne disposaient que des supports habituels. A la fin de la séance, une évaluation de la compréhension du système a été menée 'à chaud' et montre des améliorations de compréhension pour les utilisateurs de la réalité augmentée.
Méthode
Nous avons souhaité enrichir une séance de travaux pratiques de découverte et d'analyse de mécanisme sur un vérin électrique d'ouverture de portail.
Les différentes étapes de création du scénario pédagogique ont été :
- Import de la maquette CAO et création du contenu du scénario de réalité augmentée
- Paramétrage du tracking, puis création du projet de réalité augmentée (schéma 5) et transfert vers la tablette ou les lunettes.
- Usage en formation, analyse et correction du scénario
Deux groupes de participants ont été impliqués dans l'expérience, réalisée en début d'année universitaire :
- 36 étudiants en Bachelor de Technologie (2e année),
- 74 étudiants en formation d'ingénieur Arts et Métiers (1e année), dans le cadre de la remise à niveau en conception mécanique.
Dans les deux cas, il s'agissait d'étudiants ayant peu ou pas de compétences en conception mécanique et en analyse de mécanismes.
Les étudiants réalisent en petits groupe (3-4) un travail pratique de 3h sur un vérin électrique. Ils disposent d'un plan papier, d'une CAO, d'un questionnaire guide et du système réel (fonctionnel et en pièces détachées). Pour chacune de ces populations, la moitié de ces étudiants seulement avait accès au dispositif de réalité augmentée sur tablette et/ou sur lunettes HoloLens.
Les étudiants sont laissés libres de
traiter les questions et d'appréhender le mécanisme à leur rythme ;
l'enseignant est juste présent pour répondre aux éventuelles questions. A
la fin de la séance, il est demandé à tous les élèves de remplir un
rapide questionnaire individuel de compréhension, en précisant qu'il ne
s'agit pas d'une évaluation notée.
Ainsi, il apparaît qu’en moyenne les étudiants ayant eu accès à la réalité augmentée ont obtenu des notes de 22,6% supérieures aux étudiants ayant travaillé avec de la documentation classique.
Au-delà de la compréhension du système, c’est également les impressions ainsi que les remarques des utilisateurs des outils de réalité augmentée qui ont été recueillies. La satisfaction globale des sujets vis-à-vis de la technologie est de 93,3%, ils sont 84 ,4% à la trouver utile et 91,1% à considérer qu’elle permet de gagner du temps. 73,3% estiment que par rapport à l'utilisation du plan papier, l'utilisation de la RA a permis de mieux percevoir l'emplacement des pièces.
Retour de l'enseignant
Voici les témoignages des enseignants Dominique Scaravetti et Dominique Doroszewski, Arts et Metiers Paristech, campus de Bordeaux :
« Avec
l'utilisation de la réalité augmentée, les apprenants sont placés en
position d'apprentissage par l'action. Cette modalité pédagogique rend
l'apprenant actif, afin qu'il construise ses savoirs au cours de mise en
situation.Nous avons constaté un vif intérêt à l'utilisation de la
réalité augmentée. Son aspect ludique stimule l'intérêt des étudiants à
s'investir dans leurs apprentissages, mais ils doivent aller au-delà du
simple jeu pour emmagasiner des connaissances, car nous avons également
constaté que l'aspect ludique peut être au détriment des apprentissages:
on joue avec le système sans percevoir les informations utiles à
l'exercice.Une autre source d'implication de l'apprenant est
l'autonomie. Et c'est dans cette perspective que la réalité augmentée a
également un intérêt. Ainsi, l'apprenant avance à son rythme et dispose
de différentes informations pour l'aider à appréhender le système et son
fonctionnement : nom et emplacement des pièces, couleurs des ensembles
cinématiques, explications (texte ou audio à chaque vue), animation ou
éclatés en contexte. Il peut revenir sur une vue précédente si besoin.
La réalité augmentée lève la difficulté d'accès à l'information (sur une
notice papier) ou la difficulté à percevoir en 3D »
« Nous
allons poursuivre avec d'autres supports pédagogiques, pour tester
l'aide à la compréhension de mécanisme complexes. Les usages des
dispositifs numériques industriels vont requérir de nouvelles
compétences spécifiques pour les nouveaux acteurs de l'industrie 4.0.
Ici, la réalité augmentée est utilisée comme nouveau moyen support à la
pédagogie, mais cette expérience sert également à initier les étudiants à
une technologie pertinente pour l'industrie du futur, pour leur
permettre d'en mesurer le potentiel, et de devenir des utilisateurs
avisés ou des prescripteurs. »
Pour plus d'informations, consultez l'article suivant : SCARAVETTI
Dominique, DOROSZEWSKI Dominique. "Augmented
Reality experiment in higher education, for complex system appropriation in
mechanical design", Procedia CIRP, pp 197-202, Volume 84, Elsevier, 2019