Enseigner avec le numérique

La simulation virtuelle : une révolution numérique dans l'éducation

© Anaick Perrochon

Le Centre de Simulation Virtuelle en Santé de l'Université de Limoges propose de l'innovation pédagogique numérique par le développement d'expériences immersives pouvant se transposer à de nombreuses disciplines universitaires. 

Une transformation pédagogique associée à une révolution numérique

L'essor des technologies immersives :

  • la réalité virtuelle, augmentée ou mixte
  • la 3D et les interfaces cerveau-machine

leur démocratisation, par des coûts abordables, offre une nouvelle dimension pédagogique jusqu'alors peu exploitée dans les universités françaises. La «réalité étendue» ("extended reality" en anglais, XR) fait référence à toutes ces technologies immersives permettant aux utilisateurs de combiner des contenus virtuels à la réalité en faisant varier le niveau d'interaction avec et entre ces éléments.

Les environnements immersifs :

  • vidéo 360°
  • modélisation 3D

donnent aux utilisateurs la sensation d'être dans une autre réalité, que ce soit par une modification de l'espace-temps ou de lieu.

Au-delà du fait que l'immersion diminue les distracteurs de la classe et focalise l'attention de l'apprenant sur la situation pédagogique donnée, ces technologies immersives favorisent l'apprentissage par le vécu ou la pratique dans un contexte approprié.

L'apprentissage expérientiel est une pédagogie active qui permet à l'apprenant d'acquérir de nouvelles compétences par son engagement émotionnel et par sa motivation à interagir dans un contexte similaire à des situations réelles. Ce sentiment de présence, même lorsque l'apprenant est spectateur, active des neurones miroirs qui vont favoriser l'apprentissage et la mémorisation de la tâche. L'interaction avec des objets virtuels ou des avatars dans ces environnements augmente le sentiment de présence ou d'incarnation virtuelle (capacité à projeter son propre corps dans un environnement virtuel), et favorise ainsi la rétention de l'information. 

Nous comprenons qu'il s'agit d'un outil particulièrement intéressant pour des actions de simulation dans les environnements professionnels, dans des situations à risques, que ce soit pour l'apprenant ou une tierce personne, et dans des situations où l'équipement réel coûte très cher et que la situation pédagogique ne peut pas être individualisée.

Nous parlons ici de transformation pédagogique car l'intégration de ces technologies immersives dans l'éducation modifie notre façon d'enseigner, nos espaces pédagogiques ainsi que nos méthodes d'évaluation.

Le Centre de Simulation Virtuelle en Santé : un Fab-lab en santé à l'Université de Limoges

L'équipe pluridisciplinaire du CSVS

En 2019, le Département Universitaire d'Enseignement Numérique en Santé (DUENES) et l'Université de Limoges ont inauguré un nouveau Fab-lab : le Centre de Simulation Virtuelle en Santé (CSVS).

Le CSVS a pour vocation de développer de l'innovation pédagogique numérique dans le secteur de la santé en s'appuyant sur les technologies immersives. Ce Fab-lab propose ainsi une formation innovante, immersive et attractive pour les étudiants en santé de l'université de Limoges :

  • Facultés de médecine-pharmacie
  • Institut des Sciences de la réadaptation (ILFOMER)
  • Institut de Formations aux Soins Infirmiers (IFSI)

Malgré le nombre croissant d'applications pédagogiques disponibles, il est nécessaire pour une équipe pédagogique d'être autonome dans la création des expériences virtuelles. Le Fab-lab est structuré pour créer des contenus pédagogiques adaptés, puis les transférer dans les enseignements. Le choix a été fait de réaliser des applications à l'aide de vidéos 360° pour réduire les coûts liés aux développements d'environnements numériques et préserver l'authenticité des situations pédagogiques (charge émotionnelle).

Les projets se déroulent en 4 étapes :

Etape 1 : Concevoir un projet

Tout d'abord, il faut constituer une équipe pluridisciplinaire :

  • ingénieurs pédagogiques
  • informaticiens
  • sociologues
  • chercheurs et cliniciens

pour définir les objectifs pédagogiques et la faisabilité du projet.

Etape 2 : Développer du contenu pédagogique

La scénarisation d'une situation pédagogique et la rédaction d'un storyboard (script décrivant la narration) sont des étapes clés de la conception de l'expérience virtuelle.

La réalisation des prises de vues 360° et de sons, avec des patients-acteurs, sont réalisés à l'aide de matériels audiovisuels spécifiques (caméras 360°, micro-cravate). Le CSVS possède une salle de production avec notamment du matériel informatique (ordinateurs, serveurs sécurisés) pour la création des expériences virtuelles. Il a fait l'acquisition des licences de logiciels d'éditeurs en ligne permettant de compiler des photos et des vidéos à 360° et d'y intégrer des interactions (« hotspot ») qui permettront de se déplacer, de consulter des ressources ou de répondre à des quizz. 

Etape 3 : Diffusion du contenu pédagogique

L'équipement :

Des technologies immersives permettent de diffuser les applications numériques tels que des casques de :

  • réalité virtuelle (visiocasques de type Oculus Go, Oculus Quest, Mirage S3, HTC Vive, etc)
  • réalité augmentée (casques Hololens)

Les locaux : 

Le Fab-lab englobe plusieurs salles d'enseignement adaptées à cette pédagogie innovante dans différentes facultés de l'Université de Limoges. Les étudiants se connectent aux expériences immersives via une plateforme LMS (Learning Management System) de type Moodle, ce qui permet de suivre la progression des apprenants, mais aussi de diffuser à distance.

 Etape 4 : Test-utilisateur, évaluation

Cette dernière étape consiste à intégrer l'expérience immersive dans une offre de formation et prévoir une évaluation systématique de ces dispositifs. Il convient aussi de former les étudiants à l'utilisation des casques s'ils ne sont pas habitués à ces technologies immersives. 

L'organisation et le fonctionnement de ce Fab-lab peut facilement se transférer à de nombreuses autres formations universitaires, par exemple professionnalisantes, ou basées sur l'approche par compétences. La création et la diffusion du contenu pédagogique peuvent s'adapter en fonction du contexte et des moyens de chaque structure.

Des enseignements respectivement en CM, TD et TP où les étudiants utilisent la VR. 

Développement de modèles pédagogiques et conceptuels en simulation virtuelle

L'équipe du Fab-Lab a développé de nombreuses expériences immersives basées sur les futures compétences professionnelles visées. Parmi les principaux projets, elle a réalisé :

  • un « bloc opératoire des erreurs » 

Ce projet repose sur le principe de la chambre des erreurs, qui est un outil de simulation en santé utilisé pour améliorer la qualité et la sécurité des soins. L'objectif est de rechercher des erreurs dans un environnement immersif et peut se transférer à différents types de situations.

  • une visite virtuelle d'un lieu

Les lieux de stage ou de structures (stage en maternité) ont été construits.

  • une bibliothèque de cas cliniques virtuels et de gestes procéduraux

Le principe est de mettre à disposition des modules de révision sur de la pratique professionnelle.

  • une anamnèse de patients 

L'objectif est d'entrainer les étudiants à mener un interrogatoire de patient.

 Chaque expérience immersive peut être adaptée et proposée à d'autres formations.

Illustration des projets

Perspectives pédagogiques

Les perspectives pédagogiques qu'ouvrent les technologies immersives sont déjà très nombreuses. Les développements technologiques actuels et l'intégration de l'intelligence artificielle (IA) dans le domaine de l'éducation ne feront qu'amplifier le phénomène.

En effet, l'IA va faciliter l'entrainement de nouvelles compétences telles que le savoir-être (« soft skills » en anglais), qu'il est souvent difficile à faire acquérir aux étudiants.

L'IA pourrait aussi favoriser des parcours flexibles des étudiants en proposant des contenus pédagogiques personnalisés à partir des traces d'apprentissages issues des ressources consultées.

L'exposition d'un apprenant à un environnement virtuel en 360° lui donne accès à la richesse de l'environnement, quel que soit le point de vue du cadreur comme pour une vidéo 2D classique, ce qui le laisse libre de traiter l'information. Les zones regardées et les hotspots activés vont générer des traces d'apprentissages (métriques) qui pourront être exploités pour mieux comprendre les parcours d'apprentissage.

Cette nouvelle modalité pédagogique pourrait contribuer à augmenter l'interactivité des enseignements à distance, ce qui est le cas par exemple lors de la crise sanitaire actuelle.

Publication : 15.06.2021