De l apprentissage d une procédure en Environnement Virtuel à son exécution dans le monde réel :

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1 Journée d étude MSHB Rennes 13 février 2014 De l apprentissage d une procédure en Environnement Virtuel à son exécution dans le monde réel : l exemple de GVT Franck Ganier UMR 6285

2 Problématique Procédure Série d actions ou d opérations à exécuter pour atteindre un but Connaissance procédurale = Habileté Difficile à transmettre verbalement : S acquiert par la pratique

3 Problématique Exemple : Formation à la maintenance de chars 8 stagiaires 4 chars et 4 formateurs Enjeux des EVAH - permettre la formation simultanée d'un nombre important de stagiaires, - envisager la formation à distance, - simuler des situations ou des pannes impraticables sur matériel réel, - éviter la dégradation ou l immobilisation du matériel, - apprendre en toute sécurité, - APPRENDRE PAR L ACTION

4 Plan I. L apprentissage de procédures II. Apprendre des procédures avec GVT III. Transfert d apprentissage du virtuel au réel Conclusion / Perspectives

5 I. L APPRENTISSAGE DE PROCÉDURES

6 L apprentissage de procédures Un apprentissage en 3 étapes Fitts (1964), Anderson (1983, 1995) Phase cognitive / déclarative Phase explicite de l acquisition du savoir-faire Informations encodées sous forme déclarative : instructions Verbalisation simultanée / subvocalisation Exécution consciente et contrôlée Coûteuse en ressources cognitives Phase associative / compilation des connaissances Elaboration de règles de production : IF THEN Erreurs progressivement détectées et éliminées Les étapes individuelles sont «encapsulées» dans des unités plus vastes Récupération en MLT / Disparition de la verbalisation simultanée Réduction des contraintes sur la MDT : relativement peu coûteux cognitivement Phase autonome / ajustement Avec la pratique, les règles deviennent très efficaces Exécution rapide et précise, sans erreur Très peu coûteux car automatisation

7 L apprentissage de procédures Exemple : pointer l alphabet à rebours Cognitive? Cognitive? Associative? Associative? Autonome? Autonome?

8 II. EXPERIENCE 1 Apprendre des procédures avec GVT

9 Apprendre avec GVT GVT : une plateforme pour le développement de sessions de formation utilisant la réalité virtuelle Collaboration CERV / IRISA / NEXTER 1er usage : Apprentissage de procédures de maintenance de chars

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11 Apprendre avec GVT Objectif Vérifier l acquisition de procédures avec GVT Méthode Tâche Participants Matériel Procédure Var. Indép. Mesures cpt Réaliser une procédure composée de 25 opérations 10 essais consécutifs 15 étudiants ENIB (13 H ; m = 23 ans) GVT + instructions texte Auto-présentation d instructions 10 essais consécutifs Performances / Charge de travail

12 Apprendre avec GVT Méthode Mesures de performances - Temps de réalisation de la tâche - Nombre et temps de consultation des instructions - Temps d exécution des actions - Nombre d actions incorrectes Mesure de la charge de travail - NASA TLX : Exigence mentale / physique Exigence temporelle / Effort Performance / Frustration

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14 Apprendre avec GVT Résultats Temps de réalisation de la tâche 600,00 (p<.001) 500,00 Temps (s.) 400,00 300,00 200,00 100,00 0, Essais

15 Apprendre avec GVT Résultats Temps d Exposition en Lecture des instructions + Temps d exécution Temps (s.) 450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0, Essais (p<.001) TAET TEL

16 Apprendre avec GVT Résultats Nombre de consultations des instructions Nb de consultations Essais (p<.001)

17 Apprendre avec GVT Résultats Nombre d actions incorrectes Nb d'actions incorrectes 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Essais (p<.001)

18 Apprendre avec GVT Résultats Evaluation de la charge de travail

19 Apprendre avec GVT Résultats Evaluation de la charge de travail Exigence mentale Effort 50,00 50,00 Score NASA-TLX 40,00 30,00 20,00 10,00 (p<.001) Score NASA-TLX 40,00 30,00 20,00 10,00 (p<.001) 0, , Essais Essais Performance 50,00 Score NASA-TLX 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Essais (p<.001)

20 La procédure est-elle acquise?

21 Apprendre avec GVT Résultats Temps Total de Réalisation de la tâche F (12;84) = 29,14 ; p<.001

22 Apprendre avec GVT Résultats Charge de travail F (12;84) = 6,17 ; p<.001

23 Apprendre avec GVT Conclusion 1. Les résultats sont en accord avec les 3 phases proposées par Fitts et Anderson Nb consult instr. = indicateur pertinent 2. Les connaissances semblent acquises : récupération directe en MLT après délai Temps de réalisation court Absence d erreur Coût cognitif réduit 3. Un EVAH peut aider à apprendre une nouvelle procédure

24 Apprendre avec GVT Piste de recherche Des connaissances acquises en Environnement Virtuel peuvent-elles être réutilisées en environnement réel?

25 III. EXPERIENCE 2 Transfert d apprentissage du virtuel au réel

26 Transfert d apprentissage virtuel-réel Objectif Vérifier qu'une procédure acquise en environnement virtuel, avec pour support GVT, pouvait être transférée à une situation réelle de mise en application

27 Transfert d apprentissage virtuel-réel Méthode Procédure choisie 5 premières étapes de la procédure de parage de la suspension du char Leclerc (36 opérations) Procédure courte mais complexe 1. Préparation initiale de la centrale, de la bouteille d'azote et de l'élément de suspension (10 opérations) 2. Branchement des têtes de parage et de purge (6 opérations) 3. Raccordement des flexibles de purge et de parage en huile (5 opérations) 4. Raccordement des flexibles de parage en azote (6 opérations) 5. Connexion de l'azote (9 opérations)

28 Transfert d apprentissage virtuel-réel Méthode 1. Formation 2. Restitution

29 Transfert d apprentissage virtuel-réel Méthode Protocole expérimental Étape 1 Étape 2 Groupe expérimental 1 Groupe expérimental 2 Groupe contrôle Formation classique à la réalisation de la tâche A («parage de la suspension») en environnement réel Formation GVT Apprend la tâche A («parage de la suspension») en environnement virtuel Encode la procédure : 5-6 répétitions Réalise la tâche réelle A («parage de la suspension») en environnement réel Réalise la tâche A («parage de la suspension») en environnement réel Réalise la tâche A («parage de la suspension») en environnement réel (carte de travail)

30 Transfert d apprentissage virtuel-réel Méthode Protocole expérimental Groupe contrôle Fo Tradi Fo GVT FORMATION THÉORIQUE Présentation du matériel Restitution + carte de travail Démo procédure (formateur + 2 stagiaires) Restitution Exécution procédure dans GVT (x 6) Restitution

31 Transfert d apprentissage virtuel-réel Méthode Participants 42 adultes (39 H, 3 F), 31,5 ans (22-44 ans) 3 groupes équivalents : 14 sujets / groupe Mesures» Contrôle» Formation traditionnelle» Formation GVT Mesures de performances : Echecs de réalisation (temps limité : 45 min) Durée de réalisation Durée de consultation de la carte de travail Nombre d interventions du formateur

32 Transfert d apprentissage virtuel-réel Résultats Echecs de réalisation de la tâche Groupe contrôle : 2 Groupe formation traditionnelle : 0 Groupe formation GVT : 0

33 Transfert d apprentissage virtuel-réel Résultats Durée de réalisation de la procédure Durée de réalisation de la procédure Durée (min, cmin) p <.001 ns 0 Groupe contrôle Formation traditionnelle Formation GVT

34 Transfert d apprentissage virtuel-réel Résultats Nombre d interventions du formateur Nombre d'interventions du formateur 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 P <.01 Contrôle Fo tradi Fo GVT ns Durée de consultation de la carte de travail (min, cmin)

35 Transfert d apprentissage virtuel-réel Conclusion La formation en environnement virtuel permet d'atteindre un niveau de performance équivalent à la formation traditionnelle Une procédure acquise en environnement virtuel est susceptible d être transférée avec succès à une situation réelle

36 CONCLUSION

37 Conclusion Réalité virtuelle et Psychologie : Une complémentarié fructueuse Conception d environnements virtuels Etude de l apprentissage et de la cognition humaine

38 Perspectives

39 Vers une adaptation des instructions à l apprenant Constats Les instructions sont destinées à un utilisateur «moyen» ou «prototypique» Nécessité de tenir compte des particularités et des différences interindividuelles Objectifs Recueillir et analyser l activité pour fournir des aides «en temps réel» Produire automatiquement des instructions et des messages d aide adaptés

40 Journée d étude MSHB - Rennes 13 février 2014 Remerciements Frédéric Devillers Annie Féray Charlotte Hoareau Ronan Querrec

41 Journée d étude MSHB Rennes 13 février 2014 De l apprentissage d une procédure en Environnement Virtuel à son exécution dans le monde réel : l exemple de GVT franck.ganier@univ-brest.fr UMR 6285