L utilisation de fonctionnalités des tablettes tactiles, pour la conception de situations d apprentissage Taima Pérez, Sébastien Jolivet, Réjane Monod-Ansaldi, Eric Sanchez IFE, Ecole Normale Supérieure de Lyon, 19 Allée de Fontenay, 69007 Lyon, France taima.perez@ens-lyon.fr sebastien.jolivet@ens-lyon.fr rejane.monod-andaldi@ens-lyon.fr eric.sanchez@ens-lyon.fr Résumé. Après une revue de littérature sur les dimensions techniques et pédagogiques des tablettes tactiles, nous analysons l utilisation qu en font cinq groupes d enseignants impliqués dans le projet Tactiléo, à partir de leurs réponses à un questionnaire non structuré, en reliant ces utilisations avec les visées pédagogiques des enseignants. Une fois les obstacles techniques et les difficultés liées à la gestion d un parc de tablettes surmontés, l utilisation des tablettes apporte un certain renouvellement des pratiques de ces enseignants. Mots-clés. Tablette tactile, enseignement primaire et secondaire, enseignement des sciences Abstract. This empirical work consists in the analysis of the use of digital tablets by five teams of teachers involved in the Tactileo Project. Our analysis is based on a review of literature about the technical and educational dimensions of digital tablets. Our methodology includes a non-structured questionnaire. Therefore, we make an inventory of the different functionalities being used; taking into account a multidimensional model and we link these features with the aims followed by the teachers. This work shows that, after overcoming technical obstacles and difficulties linked to managing a large number of digital tablets, their educational use enables the renewal of some practices. Keywords. Digital tablets, primary and secondary education, science education
Environnement Informatique pour l Apprentissage Humain, Agadir, 2015 1 Introduction Le projet Tactiléo (Financements d Avenir e.education) travaille à la conception de ressources numériques pour des interfaces tactiles (tables et tablettes). En nous fondant sur une revue de la littérature des fonctionnalités des tablettes tactiles, nous analysons leurs utilisations et présentons celles qui ont été retenues par les groupes de conception du projet Tactiléo, en soulignant leur intérêt pédagogique. 2 Cadre théorique et problématique Dans le cadre de la théorie de l activité [13], l activité des enseignants consiste à construire un milieu de travail pour faire agir les élèves, en établissant des relations entre l organisation de la classe et le contenu de l activité des élèves. L activité de conception chez le professeur concerne la prescription des tâches pour structurer l activité des élèves, et la mise en perspective des scénarios conçus pour les redéfinir. Ce que l enseignant ne réussit pas à faire, ce qu il cherche à faire sans y parvenir, et ce qu il aurait voulu faire, lui permettent de mettre en perspective comment faire ce qui ne l a pas été?, comment reprendre ce qui n a pas marché? [1]. Selon l approche instrumentale [14], l introduction d une technologie dans l activité d un utilisateur embarque la transformation de l activité elle-même, et l adaptation de cette technologie à ses besoins par l utilisateur. Un instrument est composé par un artefact et par les schèmes d usage de cet artefact dans une situation. Dans le processus de conception de situations d apprentissage instrumentées par la tablette tactile, l enseignant prescrit aux élèves une tache (schèmes d usage) à accomplir à l aide des applications et documents numériques (artefacts) mobilisés avec la tablette tactile. La tablette devient alors un média d interaction entre les élèves et les ressources numériques, et un milieu pour la prescription de tâches aux élèves par l enseignant. L introduction de la tablette tactile dans l activité de conception chez l enseignant conduit alors à l adaptation de ses fonctionnalités techniques aux tâches à prescrire aux élèves. Visant à identifier les potentialités de l utilisation de la tablette tactile pour l apprentissage, nous avons élaboré un état de l art de fonctionnalités techniques de la tablette tactile et de leurs utilisations pédagogiques documentés dans la littérature scientifique. Cet état de l art montre qu une tablette combine des fonctionnalités d ordinateurs portables et d ordiphones : elle est proche d un ordinateur portable du point de vue de certains composants tels que les carte mère, processeur, processeur graphique, mémoire, batterie, haut-parleur, camera, connectivité Bluetooth et WIFI. Certains modèles embarquent un clavier amovible, certains ordinateurs disposent d un écran tactile et sont ultraplats. Elle diffère des ordinateurs en ce qui concerne les systèmes d exploitation et les dispositifs d'entrée et de sortie. Elle se rapproche des ordiphones par son écran tactile, le gyroscope, l accéléromètre et le GPS [11]. Une tablette tactile peut être considérée un média facilitant manipulation et interaction : elle consiste dans un écran tactile, plat, rectangulaire et léger, composé d une seule pièce de dimensions réduites (entre 7 et 10,1 pouces),sans fil ni clavier,
L utilisation de fonctionnalités des tablettes tactiles, pour la conception de situations d apprentissage fixe ou mobile, utilisable en position verticale, horizontale ou inclinée, permettant un affichage en mode paysage ou portrait auto-orientable (l interface s adapte automatiquement à l orientation de l écran). Elle favorise la manipulation directe avec les doigts et indirecte avec un stylet. La dalle tactile que la compose peut être multitactile ou tactile multipoint. Elle peut interagir avec des objets tangibles et permet des interactions multimodales mobilisant la vue, le toucher et l audition, permettant l utilisation de textes, images et sons. Une tablette tactile est un outil de communication et de géolocalisation : elle est nomade (permet à ses utilisateurs de se déplacer d un endroit à l autre, tout en maintenant un accès à un ensemble d informations et de services offerts via Internet, aux points de départ et d arrivé) [7] Elle peut aussi être ubiquiste (connectée de manière continue aux réseaux sans fil : réseaux locaux et réseaux cellulaires). Une tablette tactile est un terminal mobile localisable au sein d un réseau sans fil, et géolocalisable par un système de positionnement par satellite (GNSS). L interopérabilité, au sens de Gobert [9], permet à des outils numériques de communiquer entre eux via la convergence des réseaux. Une tablette tactile est un système de collecte et de traitement automatisé de données : acquisition automatique, stockage, manipulation, contrôle, affichage, transmission, et réception de données 1. Elle intègre des capteurs inertiels (accéléromètres, gyromètres, magnétomètres, podomètres) et des capteurs d images (caméras). Elle permet l incorporation de capteurs additionnels (Sensordrone, NetAtmo, de température, d humidité, sonde à dioxyde de carbone ou tensiomètre 2 ), et l accès à l histoire interactionnelle des utilisateurs [14] (traces numériques). Nous catégorisons ces fonctionnalités selon six dimensions : propriétés de manipulation, capacités de communication, potentialités de collecte et de traitement automatique de données, mobilité (de l appareil et de l utilisateur), multifonctionnalité (multimodale, multi-tactile, multi-usages, données multimédia) et multi-compatibilité (objets tangibles, stylets, interopérable, multi-réseau, capteurs externes). (Tableau 1). Parmi les recherches qui documentent l utilisation pédagogique de la tablette tactile, quelques études [6] soulignent la facilité d intégration des tablettes au sein du répertoire d outils et de ressources utilisées par les élèves : la mobilité est accrue par l absence de fils, de périphériques externes supplémentaires, par la taille et le poids de la tablette, ce qui facilite gestion de classe et équipement individuel des élèves [5]. Une tablette favorise le contact visuel, l écran n étant pas placé entre l enseignant et les élèves. En raison des propriétés tactiles de l écran, le geste devient porteur de sens. Ceci induit une interaction plus naturelle et directe : l œil suit et contrôle ce que fait la main, favorisant écriture, dessin et activités de précision. La réintroduction du geste signifiant et de la coordination œil-main facilite la gestion de l attention, libérant ainsi des ressources pour la mémorisation et la perception, favorisant lecture et calcul [5]. Certains chercheurs soulignent les bénéfices de l utilisation de tablettes tactiles par les lecteurs en difficulté [3] grâce au possible retour auditif sur l'écrit avec un logiciel de synthèse vocale [2]. Ainsi, des enfants présentant un trouble déficitaire de 1 http://www.e-juristes.org/les-atteintes-aux-systemes/ 2 Saisseain, C.: Utiliser des capteurs en sciences avec une tablette et/ou un smartphone. Canopé, Académie de Versailles (2014)
Environnement Informatique pour l Apprentissage Humain, Agadir, 2015 l attention accroissent leurs compétences en lecture et prennent conscience de leurs erreurs par l enregistrement et la réécoute de leur production orale [14]. D autres [10] estiment que la mobilité de la tablette à l école est souvent limitée à son déplacement au sein de la classe ou entre salles de classe, alors qu il y a des possibilités d utilisation riches en dehors de l espace scolaire. Les opportunités pédagogiques de l accès à l information et de la mobilité des outils sont évoqués [11], mais pour souligner le défi que représente la distraction qu ils peuvent générer. Certains enseignants [15] souhaitent exploiter l interopérabilité des tablettes pour accéder aux ressources et logiciels diffusés via les environnements numériques de travail et les ordinateurs des salles informatiques. Des difficultés pour faire communiquer les tablettes entre elles, et gérer le transfert des données vers l ordinateur et les clés USB sont montrées 3. Peu de travaux de recherche mentionnent l utilisation de la tablette comme terminal mobile géolocalisable en contexte éducatif. Certains auteurs soulignent que les usages pédagogiques sont freinés par des contraintes temporelles, contextuelles et techniques [15], ou problématisent cet aspect de façon plus large, en soulignant qu il est nécessaire de prendre en compte les questions culturelles et sociales [12]. Peu de publications documentent l utilisation de la tablette tactile pour la capture et le traitement des données en contexte éducatif, cependant des recherches ont exploré l intérêt de ce type de fonctionnalités dans les ordiphones en s intéressant aux historiques de l activité des apprenants pour l évaluation et la suite de leur activité [16]. Concertant les tablettes, une recherche documente une application pour l apprentissage de la géométrie dans l espace, mobilisant des capteurs comme le gyroscope pour la gestion de la position d observateur autour de la scène ou pour définir le point visé. Les résultats obtenus montrent que cette représentation réaliste dans l espace et le plan favorise la compréhension des élèves [4]. Cet article vise à décrire la tablette tactile en termes de fonctionnalités techniques, en repérant comment leurs potentialités peuvent être saisies par les enseignants pour prescrire des tâches aux élèves, en relation avec des objectifs d apprentissage. Nous étudions comment les équipes de conceptions de situations d apprentissage et de ressources numériques du projet Tactiléo utilisent les fonctionnalités techniques de la tablette tactile pour prescrire des tâches aux élèves? 2 Méthodologie Au sein du projet Tactiléo, cinq groupes distincts d enseignants et de chercheurs (groupes de conception) conçoivent des situations d apprentissage mobilisant des tablettes tactiles. Deux enseignants du primaire et 16 enseignants du secondaire de sciences de la vie et de la Terre (SVT), sciences physiques et chimiques (SPC), mathématiques et histoire-géographie, sont impliqués. Notre méthodologie s appuie sur un état de l art sur les fonctionnalités et usages des tablettes en contexte éducatif. Elle comprend un questionnaire qui aborde ce que les tablettes ont permis de faire et 3 http://www.creatice.ac-versailles.fr/spip.php?article171
L utilisation de fonctionnalités des tablettes tactiles, pour la conception de situations d apprentissage qu il n aurait pas été possible sans tablettes, ce que cela a apporté aux élèves et les difficultés identifiées pour travailler en classe avec des tablettes. L analyse vise à documenter le travail effectué par les enseignants et la diversité des usages. A travers une étude de caractère exploratoire, nous avons interrogé ces groupes de conception sur les fonctionnalités des tablettes qu ils ont mobilisées pour concevoir les situations d apprentissage qu ils ont expérimentées en classe. Le questionnaire que nous avons fait passer comprenait quatre questions : Qu est-ce que les tablettes ont permis de faire et qui n aurait pas été possible sans tablettes? Qu est-ce que cela a apporté aux élèves? Quelles difficultés j ai identifiées pour travailler en classe avec des tablettes? Qu est-ce que j ai identifié pouvoir travailler avec des tablettes mais que je n ai pas mis en œuvre cette année pour différentes raisons? L objectif est d identifier la manière dont les fonctionnalités de la tablette ont été exploitées, leur adéquation aux activités menées, les hypothèses concernant d éventuelles améliorations des apprentissages, et les expériences reconnues comme des difficultés. Dans cet article nous nous sommes concentrés sur les liens entre les fonctionnalités des tablettes et les tâches prescrites par les enseignants dans les situations d apprentissages pédagogiques élaborées. Les données ont été recueillies de façon non structuré sur un effectif faible, il n est donc pas possible de conduire une analyse quantitative. Nous avons catégorisé les fonctionnalités des tablettes selon différentes dimensions pour élaborer un cadre d analyse nous permettant de catégoriser les utilisations rapportées: manipulation, communication, traitement de données, mobilité, multifonctionnalité, multicompatibilité (voir tableau 1). Parfois, ces utilisations combinent des fonctionnalités correspondantes à des dimensions différentes. Tableau 1. Fonctionnalités des tablettes tactiles selon différentes dimensions Dimensions Manipulation Communication Trait. de données Capture, collecte, Interactions directes Expérience multiréseaux Multifonctionnalité traçabilité, édition, et multimodales calcul, visualisation Nomadisme et Capteurs inertiels Mobilité Écran mobile géolocalisation intégrés Multicompatibilité Reconnaissance d objets Expérience multidispositifs Interopérabilité Capteurs additionnels 3 Résultats Le groupe géomatique a élaboré des classes de terrain en géologie et géographie, se servant de la mobilité de la tablette pour capturer des données sur le terrain, de la connectivité pour accéder à des ressources en ligne, et de la géolocalisation pour le repérage dans l espace. Ce groupe souligne l intérêt de disposer de «la totalité des outils, de capture d informations et de prise de note». Ainsi «sur le terrain, l outil tablette est un couteau-suisse numérique», aspect qui favorise l autonomie des élèves.
Environnement Informatique pour l Apprentissage Humain, Agadir, 2015 Le groupe Sciences au primaire a travaillé des situations en biologie. Il a exploité l interopérabilité [16] pour le travail collaboratif. Il relève que les tablettes permettent de «se déplacer facilement et d échanger au sein d un groupe, entre groupes, entre les classes, à l extérieur». Il souligne l intérêt de capturer et d éditer des données pour réaliser «des schémas propres, clairs, annotés, gommés, les compléter» et la traçabilité, qui permet aux élèves de «réviser, surligner les fautes» : «on remobilise facilement les écrits». Le groupe Electricité qui a travaillé sur l électrocinétique au collège, a exploité la multimodalité pour conduire la modélisation. La manipulation des tablettes a permis «de faire les expériences avec le matériel électrique en même temps sur la table». Le groupe Math-Sciences s intéresse aux interactions avec l écran pour «la construction des vecteurs et de leurs représentants avec le doigt [qui] aide à mieux comprendre les notions se rapportant aux vecteurs : sens, direction, longueur». La collecte de données sur le terrain par les élèves a permis un travail statistique pour visualiser un «phénomène éphémère difficilement reproductible», la «rédaction par les élèves d un rapport de leur démarche» et «la préparation d une enquête». Le groupe Codisciplinarité met en avant l intérêt des tablettes pour le recueil de données «pas faisable habituellement» et l intérêt de la mobilité en classe. Quatre grandes familles de difficultés ont pu être identifiées, sont les questions de connexion et d intégration de tablettes dans un réseau d établissement déjà existant (inexistence ou sous-dimensionnement du réseau WiFi, gestion des aspects sécurité). La gestion d un parc de tablettes (distribution de documents, installation et mise à jour d applications) est parfois rendue difficile par l hétérogénéité des modèles disponibles. La méconnaissance ou manque d applications dédiées qui crée un sentiment de décalage fort par rapport aux ordinateurs pour lesquels un large choix de logiciels pédagogiques est accessible, peut se traduire par une certaine insatisfaction face aux données collectées (considérées comme peu fiables) ou à leur représentation (application non disponible ou ergonomie non adaptée). La question des compétences techniques pour l utilisation de la tablette, par les enseignants et par les élèves, constitue parfois un frein à la mise en œuvre des situations construites : «l ouverture involontaire de certaines fenêtres, de pertes lors de la navigation» Plusieurs enseignants soulignent le fait que les élèves effectuent certaines tâches plus rapidement. Différents groupes insistent sur l investissement humain pour surmonter les difficultés techniques et déplorent un manque de fiabilité du matériel. Des stratégies ad hoc sont élaborées : «codage des tablettes avec une couleur ou un numéro» ou «écouteurs dans la trousse des élèves»» pour s assurer de leur disponibilité en tant que de besoin.
L utilisation de fonctionnalités des tablettes tactiles, pour la conception de situations d apprentissage Discussion et conclusions Dans cet article, à partir d une revue de la littérature technique, nous avons décrit l ensemble des fonctionnalités de la tablette tactile, en montrant que sa spécificité est de partager des fonctionnalités avec l ordinateur portable et l ordiphone. Nous avons repéré dans la littérature scientifique internationale, les utilisations pédagogiques de ces fonctionnalités. L objectif était d identifier les fonctionnalités de la tablette utilisées, par les équipes de conception de situations d apprentissages instrumentées par le tactile, au sein du projet Tactiléo. La recherche a consisté à poser des questions aux équipes de conception, sur l utilisation de la tablette lors du processus de conception de situations d apprentissage, et à identifier dans leurs réponses l utilisation de fonctionnalités définies, nous appuyant sur une catégorisation par dimensions. Les potentialités mentionnées par les enseignants concernent la multimodalité pour la réalisation de schémas, les interactions directes pour la représentation de vecteurs, la mobilité en classe, l accès à des ressources en ligne, la géolocalisation pour le repérage dans l espace, l interopérabilité pour le travail collaboratif, l acquisition et manipulation de données sur le terrain en géologie-géographie, statistique et biologie, ainsi que la traçabilité pour l autocorrection. Parmi les difficultés signalées on peut noter la connexion au réseau des établissements, la gestion d un par de tablette, la méconnaissance ou le manque d applications disponibles, les compétences techniques et la fiabilité du matérielle. Malgré les nombreuses difficultés techniques et de gestion, les différentes dimensions fonctionnelles des tablettes peuvent être mobilisées pour élaborer des réponses originales aux problèmes pédagogiques que les enseignants rencontrent. De ce point de vue, ce ne sont pas seulement les fonctionnalités qui rapprochent la tablette d un ordinateur qui sont mises à profit, mais également celles liées à la facilité de manipulation de la tablette, à la communication, à la mobilité et à sa multicompatibilité. Les situations élaborées montrent un certain renouvellement des pratiques, en particulier du point de vue de l engagement des élèves de manière autonome dans un travail d investigation scientifique. Les obstacles liés à des freins techniques, institutionnels ou plus simplement à la non-perception de la pertinence didactique des tablettes tactiles par les enseignants [8] peuvent donc être en partie levés en élaborant un cadre favorable à l innovation pédagogique. Par la suite, nous nous sommes intéressés à approfondir l étude de l utilisation des fonctionnalités techniques de la tablette tactile par les concepteurs, en lien avec l appropriation de ressources numériques par les élèves.
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