La recherche

Les environnements virtuels entourent chaque jour un peu plus notre quotidien et celui des enfants. Ces nouvelles interactions modifient notre rapport à l’espace et agissent sur nos représentations spatiales et nos connaissances de l’espace.

Cette recherche s’articule autour de trois objectifs principaux. Le premier consiste à investiguer le développement des habiletés spatiales chez les enfants de 7 à 10 ans en relation avec l’utilisation d’un environnement virtuel en classe. Il cherche également à approfondir la compréhension des liens entre le développement de ces habiletés et les connaissances mathématiques et spatiales. Le deuxième objectif concerne l’intégration d’un environnement virtuel en classe pour l’enseignement du repérage dans le plan chez des élèves de 4P à 6P. Enfin, le troisième objectif concerne la conception et le développement d’un environnement virtuel pour la classe.

Pour mener au mieux ces études, différents champs de recherche sont impliqués, notamment la psychologie cognitive, la didactique des mathématiques et les technologies de l’éducation. Chacun de ces champs possède ses spécificités épistémologiques et méthodologiques. Les méthodologies de recherche mêlent les approches du champ de la psychologie et celles du champ de la didactique. Notre ambition est de combiner leurs points de vue sur l’éducation, l’apprentissage et le développement cognitif en lien avec l’intégration de technologies pour identifier les liens entre ces différentes dimensions.

Le public concerné se compose d’élèves de 4P, 5P et 6P (7 à 10 ans) observé-es et/ou évalué-es dans un contexte de classe ou proche des contraintes de la classe.

Étude du développement de la cognition spatiale

Le premier axe de recherche se concentre sur l’étude de la cognition spatiale et de son développement chez les enfants en âge scolaire. Pour ce faire, une évaluation complète des habiletés spatiales est menée de manière longitudinale auprès des élèves de 4P à 6P qui participent à l’intervention didactique, ainsi qu’auprès de groupes contrôles, tant de manière longitudinale que transversale. Cette évaluation comporte des variables telles que la rotation mentale, la visualisation spatiale, la prise de perspective, la mémoire visuo-spatiale et la perception visuelle, mesurées à l’aide de tests standardisés. Parallèlement, d’autres variables sont évaluées pour déterminer les représentations spatiales des participant-es, à travers des tâches directement implémentées dans l’environnement virtuel SPAGEO City.

L’objectif principal est d’approfondir notre compréhension du développement des habiletés spatiales et des représentations spatiales dans un environnement virtuel, de leurs interrelations, ainsi que de l’impact qu’une intervention didactique, utilisant un environnement virtuel de large échelle en contexte scolaire, peut avoir sur la cognition spatiale.

Étude de l’intégration d’un environnement virtuel en classe

Une ingénierie didactique est développée visant le développement des connaissances spatiales. Elle s’appuie sur l’intégration d’un environnement virtuel. Cette ingénierie est menée sur 3 années (4P à 6P) afin d’adapter la progression des séances didactiques à l’évolution des attentes institutionnelles et à l’évolution des connaissances des élèves impliqués. Les mêmes élèves de 5 classes genevoises sont suivis sur ces 3 années. Les séquences d’enseignement conçues s’appuient sur la théorie des situations didactiques. Ainsi, des situations de communication (orale et écrite) autour de trajets ou positions accessibles depuis l’environnement virtuel sont au centre des différentes séances d’enseignement. Pour chaque niveau scolaire, 5 à 7 situations sont conçues et mises en œuvre avec les élèves, incluant des moments individuels, en duo ou en collectif. Des situations d’évaluation ponctuent les séquences. Elles renseignent à la fois la recherche et les élèves sur les connaissances spatiales acquises. Pendant les séances d’enseignement les élèves sont munis de caméras embarquées, ce qui permet d’enregistrer l’ensemble de leurs actions, que celles-ci soient réalisées dans l’environnement ou sur les divers supports papier mis à disposition. Cela permet aussi d’enregistrer les échanges, verbaux et gestuels, entre les élèves.

Développement de l’environnement virtuel

L’environnement développé se présente sous la forme d’une ville de type américain composée de différents quartiers (zone résidentielle, centre-ville, quartier des affaires, vieille ville). Différents points de repères sont répartis dans la ville, certains sont uniques (le musée ou la pharmacie) d’autres sont nombreux (les passages piétons, les arrêts de bus). Ces points de repère peuvent être locaux - c’est-à-dire uniquement visibles à courte distance, ou globaux, c’est-à-dire, visibles de loin et depuis presque n’importe quel lieu dans la ville.

Les élèves explorent cette ville à l'aide d’un ordinateur, adoptant une vue à la première personne (point de vue égocentré), à l’aide d’une manette de jeu vidéo. En 6P, une carte de la ville est mise à leur disposition dans l’environnement virtuel. Certains paramètres, tels que l’accès à cette carte (autorisé ou restreint), son contenu (présence de certains points de repère, point de départ, positionnement de l’élève sur la carte) constituent autant de variables manipulables pour la réalisation des activités didactiques.

Différents scénarios sont intégrés afin de permettre des mises en situation et des validations spécifiques. Par exemple, les élèves doivent suivre un chemin indiqué par des flèches, puis le reproduire sans l’aide de celles-ci, ou alors ils doivent indiquer sur la carte l’emplacement de lieux visibles uniquement dans la ville. Un scénario est développé spécifiquement pour l’évaluation des habiletés de prise de perspective et d’orientation spatiale.

Le logiciel enregistre automatiquement une quantité de données importante, telles que la distance parcourue, le nombre d’essais, la position dans la ville à chaque seconde. Le traitement de ces données vaapporter des réponses sur les liens entre l’utilisation d’environnements virtuels et les connaissances spatiales ainsi que sur les effets de l’usage de ce type de technologies dans l’enseignement en mathématiques.

SPAGEO est un projet de recherche soutenu par le Fonds National Suisse (FNS) [Subside no100019_188947 / 1]