Association SCIRE Expérimenter les premiers cursus universitaires en ligne (Projet IIFR) 1 Contexte et enjeux : Former plus et mieux à moindre cout De part le monde, les systèmes éducatifs doivent relever des défis au niveau quantitatif, pour faire face à la demande des nouveaux étudiants, il faudrait au niveau mondial ouvrir une université par jour, comme au niveau qualitatif puisque le système produit toujours trop d échecs à chaque niveau. A Paris, comme ailleurs en France et dans le monde, offrir une formation de qualité à un nombre toujours croissant d étudiants est sans conteste un des enjeux majeurs de la compétitivité de nos territoires dans les années à venir, dans un contexte budgétaire contraint. Parmi les initiatives les plus intéressantes pour répondre à ces enjeux, le monde éducatif s ouvre aux cours et interactions en ligne car outre qu ils sont accessibles à moindre coût au plus grand nombre, les analyses du Department of Education américain ont montré qu elles complétaient utilement les apprentissages en présentiel. Les meilleures universités mondiales sont donc en train d effectuer la transition numérique, en proposant maintenant la mise à disposition de cours et méthodes d évaluation et de certification en ligne. Le projet «Coursera», lancé en Avril 2012 a connu une explosion du nombre d étudiants inscrits, puisqu il compte maintenant plus de trois millions d étudiants qui peuvent obtenir un certificat validant leurs apprentissages. Pendant ce temps là, Harvard et le MIT se sont unis pour faire face en créant EdX doté de 64 millions de dollars. Ces cours en ligne sont une étape importante vers une diffusion généralisée de la connaissance et de la démarche de recherche. Or, le savoir ne saurait se contenter d une présence uniquement numérique, tant l application dans la vie quotidienne de ses acquis joue un rôle clef dans les processus d apprentissage. Ainsi, par exemple, peut-on prédire que le cours de Machine Learning (à l interface mathématiques et robotique) proposé par Coursera pourrait prendre une nouvelle dimension si les étudiants avaient à leur disposition un robot programmable en supplément des cours numérisés. 1
La même réflexion s impose lorsque s enseignent les statistiques, la modélisation, la biologie, etc : Comment combiner le savoir numérique et l expérimentation pratique, grâce à des supports tangibles développés en parallèle du cours numérisé? C est cette question centrale dans l évolution actuelle des systèmes d apprentissages que se propose d aborder le projet de Cours numériques tangibles que nous portons. Face à ces changements sans précédent dans les modes de transmission du savoir, nous proposons l opportunité à la Ville de Paris non seulement de prendre part à ce fort mouvement international d innovation pédagogique, mais surtout de devenir une référence pionnière en France et à l international en développant dès aujourd hui les outils, méthodes, contenus et techniques pédagogiques de demain. Les cours numériques tangibles permettent l intégration des meilleures perspectives offertes par les cours numériques et l apprentissage en faisant /avec des capteurs physiques. 2
2 Objectifs et mise en œuvre du projet : disposer d une plateforme pilote en matière de (1) numérisation des contenus d enseignement et (2) supports tangibles pour ces contenus numériques Le projet-pilote comporte plusieurs aspects complémentaires. Il s agit tout d abord (i) de mettre en place une plateforme de numérisation d enseignements innovants, afin de s inscrire dans la démarche actuelle de transition numérique, (ii) de proposer une plateforme de prototypage pour concevoir et réaliser les supports tangibles des cours numérisés, et (iii) de développer en parallèle des outils d analyses et d interactions novateurs afin d asseoir l expertise de Paris dans ce domaine et de contribuer ainsi à son rayonnement local, national et international. Afin de permettre la production de contenus numériques innovants de qualité, il est proposé de mettre en place une plateforme dédiée à la conception, l enregistrement, l échange et la diffusion des nouvelles pratiques pédagogiques permises par le numérique qui pourra être ouvert progressivement à toujours plus d acteurs qui pourront y créer leurs propres contenus et outils et contribuer à améliorer et compléter ceux produits par d autres. Les enseignants de la ville de Paris seront intégrés au projet via la mise en place de formations dédiées à la création de contenus multimedia (video, audio, jeux numériques,...) afin de démultiplier les expériences d apprentissages offertes et, par là même, maximiser l impact auprès de la population étudiante cible. Les différentes initiatives pédagogiques seront analysées en terme d impact et documentées rigoureusement. Ce faisant, nous visons de créer et d enrichir un expérithèque permettant de capitaliser l expérience acquise au cours du projet, et donc de le prolonger efficacement sur les années à venir. Afin de prolonger l enseignement en ligne dans la vie réelle, il est proposé de mettre en place une plateforme de prototypage de nouveaux outils d enseignements connectés. On peut ainsi imaginer des cours en ligne dans lesquels les travaux pratiques pourrons être réalisés à distance comme le cours de machine learning cité précédemment qui peut être augmenté par une plateforme robotique à faible coût qui pourrait être fournie aux étudiants les plus assidus. D autres cours peuvent être augmentés par l utilisation du téléphone portable comme interface de collecte de données. 3
Enfin pour les équipements plus lourds telles que les machines de fabrication numérique (imprimantes 3D, découpeuse laser) nous proposons de les héberger au sein de l IIFR et de permettre leur utilisation (au prix des matériaux) aux étudiants ayant suivi les cours en ligne de fabrication numérique. En section 4, nous pourrons décrire concrètement un tel exemple de Cours numérique tangible. Impliquer les étudiants dans une démarche active d apprentissage, par l envoi de matériel à analyser ou l utilisation de supports tangibles, pourra également fédérer plus fortement la communauté d apprenants dans une démarche d apprentissage par la recherche. En soutenant et stimulant cette communauté, l Institut Innovant de Formation par la Recherche (IIFR), que nous portons, pourra proposer des contenus pédagogiques évolutifs qui intègrent dynamiquement les meilleures contributions et suggestions des étudiants et enseignants impliqués dans ce projet de Cours numérique tangible. Enfin, l ajout d interfaces physique dans les cours en ligne permettra aux étudiants non seulement de valider les acquis du cours numérisé, mais aussi d aller au-delà des attentes de l équipe enseignante. En effet, en maîtrisant les supports tangibles (robots, capteurs, électronique, applications sur smartphone...) associés au contenu en ligne, les apprenants se donnent de nouveaux moyens d interagir avec leur environnement proche. De nouveaux projets pourront voir le jour en marge de ceux prévus dans le cursus initial : là encore, l IIFR se donne pour mission de rassembler les meilleures initiatives émergentes, de les soutenir et éventuellement des les intégrer dans les processus de formation. Une équipe dédiée à ces enjeux sera formée et intégrée au sein du projet d IIFR, soutenu lui-même par l ANR et porté par les PRES Sorbonne Paris Cité. Cette équipe dédiée travaillera donc au contact de centaines d étudiants motivés par les innovations et de dizaines de chercheurs qui explorent les nouvelles frontières du savoir. Ils seront ainsi en étroite collaboration afin (i) de co-construire les contenus pédagogiques évoqués ci-dessus, (ii) d implémenter les logiciels ouverts spécifiques d interactions et d analyse du processus d apprentissage relatifs à ces contenus numériques et (iii) mettre au point les prototypes tangibles à adjoindre aux contenus numériques pour maximiser leur impact. Ces deux dernières étape, qui se nourrissent de la première, se placent à la pointe du progrès dans les domaines de l innovation en éducation car les outils d analyse permettront de faire évoluer en permanence les méthodes, contenus pédagogiques et supports tangibles pour les adapter aux changements technologiques et aux besoins des nouvelles générations d étudiants. 4
Chacune de ces trois étapes, qui pourront s appuyer sur l expertise accumulée au sein de l IIFR en matière d innovations pédagogiques et scientifiques, présente un impact potentiel fort à court, moyen et long terme pour la Ville de Paris. 3 Impact sur l enseignement supérieur, l innovation, l économie et l attractivité de Paris Positionner Paris en leader en matière d éducation numérique, ce qui aura pour effet d accroître encore son attractivité tant auprès de la communauté étudiante internationale (attraction de jeunes à fort potentiel) qu auprès de la communauté de chercheurs et d enseignants chercheurs (attraction des experts de différentes disciplines, désireux d être eux aussi à la pointe du progrès). Mettre à disposition de la communauté enseignante parisienne (avec des extensions progressives en France et à l international) une plateforme technique de numérisation des contenus d enseignement pour : Permettre la réalisation de formations techniques et didactiques accessibles au plus grand nombre grâce à l émergence de nouveaux contenus, de nouvelles pratiques et de nouveaux outils ouverts mutualisés. Lutter contre l «échec universitaire» : un des objectifs est non seulement de réaliser des contenus avancés mais aussi des cours d initiation afin de s attaquer aux problèmes d orientation sources importantes d échec en première année universitaire pour trop étudiants. La numérisation de cours d introduction aux matières spécifiques de l enseignement supérieur permettra de contribuer à l orientation des jeunes étudiants du secondaire pour qui le choix d un cursus universitaire est parfois difficile par manque d informations pertinentes sur le contenu de ces enseignements. Innover dans la manière d enseigner : des contenus destinés à la formation d enseignants de tous niveaux pour leur permettre d innover dans leurs pratiques pédagogiques et d optimiser l intégration du numérique dans leurs pratiques professionnelles. Il est à noter pour souligner les perspectives que les budgets investis dans l éducation sont très importants (130 milliards en France 1000 milliards aux US par exemple). On retiendra aussi que les 5
budgets jusqu ici alloués à la recherche et au développement de nouvelles pratiques permettant de faciliter les apprentissages sont à ce jour bien inférieurs à ceux qu ils sont dans tous les autres domaines d activités ayant des dépenses comparables (que ce soit l armement, la santé, les transports, l agriculture ou l énergie par exemple). Avant le numérique et la mondialisation, les systèmes éducatifs n évoluaient que lentement, on n investissait pas dans l innovation dans le domaine peut-être car on considérait ces systèmes comme parfaits ou en tout cas impossibles à améliorer... Quantifier l apprentissage : En adjoignant des capteurs aux éléments tangibles associés aux cours numériques, une nouvelle fenêtre donnant sur l apprenant s ouvre. Il devient possible avec leur accord et en respectant la vie privée et l anonymat d enregistrer et analyser les trajectoires d apprentissage de chacun, et ainsi d en apprendre davantage sur les processus en jeu et d individualiser ensuite l apprentissage dans le but d augmenter encore le taux de réussite des cours proposés. Stimuler/soutenir la filière numérique parisienne : le développement d une expertise de production de contenus pédagogiques numériques et de logiciels facilitant les apprentissages et les interactions s accompagnera d une dynamisation de l économie locale, avec la création de start-up innovantes dans ce domaine émergent qui pourront bénéficier de l expérience accumulée durant le projet pilote. Cette synergie se trouvera encore magnifiée par le fait que l IIFR hébergera, en plus de centaines de scientifiques, un accélérateur de projets, permettant de fortes interactions entre chercheurs, étudiants et entreprises. De nombreux projets portés dans le cadre des pôles de compétitivités sont portés par des entreprises parisiennes. Aujourd hui, les retours sur investissements attendus sur ce secteur sont très importants ce qui explique l engouement des capital-risqueurs américains pour les start-up du secteur. Adjoindre l aspect tangible et prototypage rapide à la filière enseignement numérique permettra à terme l émergence de nouveaux modèles de start-up à l interface numérique/vie réelle, interface qui sera sans nul doute un des secteurs moteurs de l économie de demain. 6
Solidifier la crédibilité des supports numériques : La présence de supports tangibles en complément des supports numériques permet également de renforcer la crédibilité des apprentissages en ligne. Les apprenants pourront ainsi démontrer leur capacité à mobiliser leurs apprentissages via des projets concrets, plus à même de convaincre les employeurs ou responsables de filières universitaires. De ce fait, les supports tangibles contribuent de facto à une meilleure intégration de ces initiatives numériques dans le tissu socio-économique de la Ville de Paris. Ce projet pilote que nous portons pourra à terme servir de référence à d autres initiatives de numérisation qui ne manqueront pas de voir le jour très prochainement dans les universités parisiennes. Réduire les couts de formation : la possibilité de suivre ne serait ce qu une partie d une formation via internet permet de réduire le coût de chaque étudiant pour la collectivité (moins d espaces à allouer notamment). Accroitre l attractivité de Paris par l accroissement de son capital humain : disposer d une main d œuvre qualifiée est un des premiers facteurs d attractivité d un territoire, ainsi faciliter l accès à une formation de pointe est un enjeu majeur pour Paris. Les sciences participatives comme motivation pour l apprentissage par la recherche et d apprentissage en faisant Des mouvements importants impliquant des citoyens passionnés qui s investissent activement pour apporter des solutions à des problèmes de recherche ou qui réalisent des projets complexes grâce aux matériels et logiciels open source sont fondateurs d une science citoyenne numérique. Les projets de science participative couvrent entre autres des activités d observations, d analyses de données, d échanges d hypothèse et de construction de modèles mais aussi d ingénierie. Plusieurs de ces projets servent des objectifs d éducation et de sensibilisation à la recherche à différents niveaux, en tant qu individu, en tant que groupe ou réseau de participants. Les cours numériques développés pourront bénéficier de notre engagement dans les sciences participatives, au travers notamment du projet européen Citizen Cyberlab que nous coordonnons et qui inclut six institutions partenaires. L apprentissage par la pratique en lien avec des sujets de recherche existant ou développés par les étudiants eux-mêmes sera rendu possible en utilisant des capteurs ainsi que des outils d analyse et de simulations développées par la plateforme de prototypage. Nous souhaitons ainsi donner la possibilité aux étudiants qui suivront nos cours en ligne 7
d explorer le monde qui les entoure avec des compétences théorique et pratique qui leur permettront de s engager, de se sentir acteur et de poursuivre sur une dynamique qu ils auront eux-mêmes engagée après la fin du cours. 4 Expertises de l IIFR L institut Innovant de Formation par la Recherche s appuie sur le savoir-faire du Centre de Recherche Interdisciplinaire (CRI), fort de plusieurs années d expertise dans l innovation pédagogique, l apprentissage par la recherche et l animation de communauté d apprenants. Le projet de Cours numériques tangibles s inscrit dans la lignée des succès pédagogiques déjà acquis et propose de leur donner une nouvelle dimension. Cette transition vers l interface numérique/physique a été préparée de longue date par le CRI, qui a donné naissance à l IIFR, dédiée à la formation des enseignants et au développement d outils et de méthodologies dédiés à l apprentissage par la recherche. En proposant il y a quelques années un Master interdisciplinaire s intéressant au Web comme un écosystème d échange d information, puis en accueillant la communauté du Fabelier (www.fabelier.org), un terrain propice au développement des cours numériques tangibles a pu se développer. En s adossant également à des équipes de recherche à l interface entre plusieurs disciplines, ainsi que sur des projets européens de sciences citoyennes, le projet que nous portons ici trouvera toutes les compétences et synergies nécessaire à sa réalisation, son développement et son succès. Depuis plusieurs années, nous organisons un évènement international autour des nouvelles façons d apprendre à Paris, évènement qui a pu accueillr par exemple Lee Hartwel, Lauréat du Prix Nobel de Médecine, l année passée. L évènement de 2013 a pour but de fédérer des communautés parisiennes s intéressant aux technologies ouvertes autour des problématiques d innovation pédagogique. Conférences suivies d ateliers pratiques, ce moment pourra être le lancement officiel du projet de cours numériques tangibles et donner ainsi un signal fort d engagement dans l innovation et les nouvelles technologies. 8
Depuis 2012 l IIFR développe un projet de recherche en partenariat avec l école vétérinaire de maison alfort : le dog collar project qui est un dispositif électronique open source et à bas coût permettant de récupérer des données physiologiques sur les chiens à l aide d'accéléromètres et de gyroscopes. Ce projet est actuellement en phase de test afin de calibrer les mesures et de voir comment ces mesures peuvent être corrélées à des activités spécifiques des chiens. Fig. 1.0 Exemple de mesure d activité des chiens réalisé grâce au dog collar 5 Exemples de cours numérique tangible 4.1 Recherche en Mouvement Les capteurs évoqués précédemment pour la mesure de l activité animale peuvent servir à mesurer tout types de mouvement (animal, humain, objet), si ona préalablement calibré ces mouvements. En s appuyant sur un tel dispositif, ouvert et à faible coût (<30 ), nous comptons proposer un Cours numérique tangible à l interface entre électronique, biologie et physique. 9
Fig 1.1 Dispositif électronique utilisé pour la mesure du mouvement Un cours de MOOC classique présente les bases théorique du phénomène puis quelques applications. L évaluation des connaissance est en général faite sur ces quelques cas précis. Ainsi, un MOOC classique ne permet pas de prolonger l apprentissage au delà de ses limites et cela peut être frustrant pour les apprenants de ne pas pouvoir appliquer les connaissances qu ils ont appris. Le modèle de MOOC que nous proposons se base sur l observation du mouvement grâce à l interface électronique et encourage les apprenants du cours à collecter des données et à passé de leur curiosité naturelle à une véritable démarche scientifique quantifier sur leur environnement. Ces mesures seront ensuite analysées par les apprenants du cours, et seront rapprochées des modèles théoriques existants. Au travers de ce processus, les étudiants pourront découvrir comment poser une question de recherche liée au mouvement, comment mettre au point une expérience et récolter leurs propres données et, enfin, comment les analyser. Par ce biais, la démarche de recherche devient maintenant accessible au plus grand nombre et n est plus uniquement limitée à ses aspects théoriques, comme c est le cas dans les modèles de cours numériques actuels. Les étudiants seront encouragés à partager par la création de nouvelles vidéos (grâce à la plateforme de numérisation de contenus vidéos) les découvertes qu ils auront faites grâce à ce MOOC ce qui créera du contenu pour les apprenants de la sessions suivante. 1 0
4.2 Biologie Synthétique Les membres fondateurs de l IIFR ont également développé au cours de ces dix dernières années une réputation internationale dans le domaine de la biologie synthétique, qui s intéresse à l implémentation de fonctions biologiques (comme par exemple la production de bio-carburants). Depuis peu, des mouvements de science à faire soi-même (Do it Yourself) ont émergé et proposent d impliquer un large public dans une démarche d expérimentation. Cependant, si des lieux informels d expérimentations existent, aucune formation en ligne permettant de s initier à cette discipline et de proposer soi-même des projets de recherche n est aujourd hui disponible. En combinant le savoir-faire scientifique acquis dans le domaine, avec les perspectives de développement d une science participative via les cours numériques tangibles, l IIFR s engage à créer une initiation numérique à la biologie synthétique, prenant différentes formes (cours en ligne, plateforme d interactions, forums) et permettant aux étudiants non seulement d acquérir les connaissances du domaine, mais aussi de commencer à explorer eux-même de nouvelles pistes de recherche. Dans un premier temps, seront proposés des interactions en ligne permettant de raffiner les projets émergents de la communauté d apprenants. Dans un second temps, les projets les plus prometteurs pourront être accueillis au sein de la structure de prototypage afin de développer en toute sécurité et dans le respect des règles en vigueur en compagnie d experts les outils techniques nécessaires à la réalisation du projet sélectionné. Ce second cours numérique tangible complémente le premier proposé, en ce qu il permet une interaction réelle entre étudiant et chercheur, interaction rendue possible par l outil numérique. 1 1
6.Calendrier du projet sur une année Calendrier schématique de déploiement Calendrier détaillé : N+3mois - Mise en place un studio d enregistrement dédié à l acquisition et au traitement des vidéos et des activités utilisateurs synchrones, dans le but de numériser les premiers cours pilotes sur les domaines d expertise de l IIFR; - Analyse des outils existants et choix stratégiques de développement et de partenariats. N+ 6mois - Développement et déploiement d outils de travail collaboratif, logiciels d analyse et d interactions facilitant les apprentissages par une équipe dédiée ; - Mise en place de la plateforme de prototypage des supports tangibles aux cours numérisés. - Développement des supports pédagogiques du cours recherche en mouvement 1 2
N+ 9 mois - Production de contenu pédagogique numérique en ligne premiers tests au près des étudiants de nos formations; - Production des prototypes tangibles associés aux cours numérisés - Déploiement du cours recherche en mouvement N+12 mois - Ouverture en ligne et analyse de l impact auprès des populations étudiantes - Organisation de formations pour les enseignants, rédaction d un rapport d impact et de perspectives de l investissement. - Evaluation du cours recherche en mouvement 1 3
6 Budget ASSOCIATION SCIRE 2013 EXPERIMENTER LES PREMIERS CURSUS UNIVERSITAIRES EN LIGNE EMPLOIS RESSOURCES K K Agencements et installations Financement de la Mairie de Paris Agencement d'une salle informatique sécurisée 60 Subvention d'investissement 1 000 Agencement de 2 salles de cours 40 Agencement d'un studio d'enregistrement insonorisé 80 Financement IDEFI Cablage des locaux du N 10 rue Charles V 180 Analyse des outils existants 35 Sous- total des agencements 360 Développement des partenariats 50 Coordination et contribution (equipes IIFR) 141 Equipement numérique video Hébergement du projet (équipement et équipes) 320 Matériel numérique video 230 Communication 45 Mobilier 35 591 Sous- total Equipement 265 Financement Association Scire Plateforme Coordinateur MOOCs 47 Coûts de développement de la plateforme de numérisation 240 Gestion et suivi administratif du projet 77 Coûts de développement de la plateforme de prototypage 180 Honoraires juridiques spécifiques 40 Coûts de développement des outils d'analyse 140 Autres frais 25 Coûts d'installation 45 189 formation des utilisateurs 30 Sous- total Plateforme 635 Investissement dans l'infrastructure des contenus Prototypage, Imprimantes 3D, etc. Etablissement du cadre juridique Formation des enseignants Sous- total contenus 440 40 40 520 TOTAL GENERAL DE L'INVESTISSEMENT 1 780 TOTAL GENERAL DES RESSOURCES 1 780 1 4