L’apprentissage en environnement virtuel : rôle du guidage et du feedback sur la compréhension des écosystèmes forestiers

Learning in virtual environments : the role of guidance and feedback on understanding forest ecosystems

• Auteur / Autrice : Laurie Porte
• Direction : Jean-Michel Boucheix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Psychologie
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude de l'Apprentissage et du Développement (LEAD) (Dijon ; 1989-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Thibaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Michel Boucheix, André Tricot, Mireille Bétrancourt, Jean-Marie Burkhardt, Michel Fayol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Tricot, Mireille Bétrancourt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Réalité virtuelle

Psychologie cognitive

Cognition

Apprentissage cognitif

Mots clés libres

Apprentissage

Animations

Écosystème

Réalité virtuelle

Cognition

Guidage

Learning

Ecosystem

Virtual reality

Cognition

Cueing

Animation

Résumé

Dans le cadre du projet E-Fran, nous avons étudié les processus cognitifs liés à l’apprentissage dans le but d’optimiser un simulateur de forêt en réalité virtuelle. Ces travaux de thèse ont donné lieu à quatre expérimentations portant sur un test des principes d’apprentissage multimédia (Mayer, 2009, 2014,2021) en réalité virtuelle, ainsi que sur les mécanismes cognitifs sous-jacents aux acquisitions dans le domaine des écosystèmes forestiers. Notre première étude a porté sur l’apprentissage de la décomposition de la matière organique auprès des plus de 100 élèves de 5ème. Nous avons créé un environnement 3D respectant le principe de cohérence sémantique afin de comparer deux groupes d’élèves qui étudiaient soit la leçon selon une présentation sémantiquement cohérente fixe, soit la leçon selon une présentation libre, complète. Cette étude a permis de confirmer qu’un apprentissage sémantiquement cohérent fixe était préférable dans le cadre d’apprentissages complexes en RV auprès de jeunes élèves. Dans une deuxième étude sur le même thème et auprès d’une population de 230 élèves de 5ème, nous avons testé le principe de contiguïté temporelle et les conditions d’intégration de l’information verbale (commentaire audio) et de l’information visuelle. Le matériel proposé était identique à celui de la première expérience mais était présenté sous forme d’une vidéo non interactive dans laquelle le son était présenté soit 6 secondes, soit 2 secondes avant ou après l’information visuelle. Un groupe étudiait cette vidéo avec une synchronisation (0 secondes) entre l'information verbale et l'information picturale. Cela nous a permis d’évaluer le degré de perturbation des apprentissages multimodaux dans un environnement complexe en 3D lorsque que les informations verbales et imagées ne sont pas présentées simultanément. Les résultats ont indiqué qu'un décalage temporel de 2 secondes seulement entre l'information verbale et l'information picturale perturbait significativement la compréhension et l'apprentissage. Cela nous a permis de mieux appréhender la conception de notre dernière expérimentation portant sur l’importance du guidage visuel, par signalisation, et du feedback dans un environnement forestier en réalité virtuelle immersive dans lequel il est possible d'extraire de l’information à 360° parmi une multitude d’éléments. La tâche expérimentale proposée à plus de 100 élèves de première et terminale d'un lycée agricole, impliquait un diagnostic de l'écosystème de zones forestières en RV en vue de l'implantation d'un lieu d'accueil du public. Les résultats ont montré un effet positif significatif de la signalisation visuelle et du feedback sur la performance de diagnostic et sur la récupération en mémoire de travail des informations pertinentes pour élaborer le diagnostic.

As part of the E-Fran project, we studied cognitive processes related to learning in order to optimize a virtual reality forest simulator. This thesis work resulted in four experiments involving a test of multimedia learning principles (Mayer, 2009, 2014,2021) in virtual reality, as well as the cognitive mechanisms underlying acquisitions in the forest ecosystem domain. Our first study focused on learning about the decomposition of organic matter with over 100 5th grade students. We created a 3D environment respecting the principle of semantic coherence in order to compare two groups of students who studied either the lesson according to a fixed semantically coherent presentation or the lesson according to a free, complete presentation. This study confirmed that fixed semantically consistent learning was preferable in complex VR learning with young students. In a second study on the same theme and with a population of 230 5th grade students, we tested the principle of temporal contiguity and the conditions for integrating verbal information (audio commentary) and visual information. The material proposed was identical to that of the first experiment but was presented in the form of a non-interactive video in which the audio was presented either 6 seconds or 2 seconds before or after the visual information. One group studied this video with synchronization (0 seconds) between the verbal and pictorial information. This allowed us to assess the degree of disruption of multimodal learning in a complex 3D environment when verbal and pictorial information are not presented simultaneously. The results indicated that a time lag of only 2 seconds between verbal and pictorial information significantly harmed comprehension and learning. This result provided insight into the design of our latest experiment on the importance of visual guidance, signalling, and feedback in an immersive virtual reality forest environment in which 360° information can be extracted from a multitude of elements. The experimental task, proposed to more than 100 last year students of an agricultural high school, involved a diagnosis of the ecosystem of forest areas in VR with a goal of building a public reception area. The results showed a significant positive effect of visual signalling and feedback on the diagnostic performance and on the retrieval in working memory of the relevant information needed to elaborate corrcet diagnosis.