Les travaux pratiques revêtent une importance grandissante dans les universités, car ils permettent de développer des compétences techniques, sociales et de travail en équipe. Cependant, leur mise en œuvre reste coûteuse en termes de matériel et d'encadrement. En comparaison, les travaux pratiques qui se déroulent dans des laboratoires virtuels et distants présentent l'avantage de disposer d'un équipement plus accessible. Néanmoins, il reste essentiel de soutenir la collaboration entre apprenants au sein de ces environnements, celle-ci étant reconnue comme un facteur clé de l'efficacité de ces technologies.
Dans cet objectif, nos travaux s'intéressent aux méthodes et outils issus du domaine de l'apprentissage collaboratif assisté par ordinateur (CSCL), à leur intégration et à l'étude de leur impact dans les laboratoires virtuels et distants.
À partir d'une revue systématique de la littérature, nous avons étudié dans un premier temps l'intégration des méthodes et outils issus du CSCL dans les laboratoires virtuels et distants existants. Des lacunes concernant la mise en place d'outils de guidage et de régulation de la collaboration, ainsi qu'un manque d'études visant à évaluer la qualité de la collaboration et de l'apprentissage dans ces environnements, ont été identifiés. Suivant l'approche Design-Based Research, nous avons ensuite conçu ColLab, un environnement de laboratoires virtuels en ligne qui intègre les méthodes et outils identifiés dans notre revue de la littérature pour soutenir la collaboration. En particulier, un système basé sur les rôles a été incorporé pour guider la collaboration. Dans ce système, le « manipulateur » a la capacité de cliquer sur la simulation de l'activité pratique virtuelle, tandis que le ou les « théoriciens » accèdent à l'espace de compte-rendu de l'activité. Deux modes de ce système ont été implémentés : le mode Automatique, où les rôles changent automatiquement à chaque nouvelle question de l'activité ; et le mode Manuel, où les apprenants ont la liberté de changer de rôle à leur guise.
Plusieurs expérimentations en contexte d'apprentissage réel, ainsi qu'en laboratoire avec un électroencéphalogramme (EEG), ont montré que le mode Manuel induit une distribution des rôles hétérogène, une performance de groupe amoindrie et une charge cognitive marginalement plus élevée, tandis que le mode Automatique entraîne mécaniquement une répartition équilibrée des rôles, bien que ce mode soit perçu comme moins utilisable par les apprenants.
Suivant ces résultats, une seconde itération du cycle de l'approche Design-Based Research a été menée pour intégrer un système de régulation des rôles au mode Manuel de ColLab. Ce système prend la forme de notifications régulières relatives à la répartition des rôles des apprenants. Une nouvelle expérimentation en contexte écologique a suggéré que ce système augmente la fréquence des changements de rôle, bien que cela ne se traduise pas nécessairement par une meilleure performance de groupe en présentiel. Ces résultats demandent à être renforcés grâce à de nouveaux terrains d'expérimentation. Suite à cela, nous envisagerons une évolution du système de régulation des rôles, par exemple via la personnalisation des fréquences d'envoi des notifications à partir des besoins spécifiques de l'apprenant. |
Hands-on work is of growing importance in universities, as it fosters the development of technical, social and teamwork skills. However, its implementation remains costly in terms of equipment and supervision. In comparison, virtual and remote laboratories offer the advantage of more accessible equipment. Nevertheless, supporting collaboration among learners within these environments remains essential, as it is recognized as a key factor in the effectiveness of these technologies.
To this end, our research focuses on methods and tools from the field of Computer-Supported Collaborative Learning (CSCL), their integration, and the study of their impact within virtual and remote laboratories.
Based on a systematic literature review, we first investigated the integration of CSCL methods and tools into existing virtual and remote laboratories. We identified gaps concerning the implementation of guidance and regulation tools for collaboration, as well as a lack of studies aimed at evaluating the quality of collaboration and learning in these environments. Following a Design-Based Research approach, we then designed ColLab, a web-based virtual laboratory environment that integrates the methods and tools identified in our literature review to support collaboration. Specifically, a role-based system was incorporated to guide collaboration. In this system, the "experimenter" has the ability to interact with the virtual simulation, while the "theorists" access the activity reporting space. Two modes of this system were implemented: an Automatic mode, where roles change automatically with every new question, and a Manual mode, where learners are free to switch roles as they wish.
Several experiments conducted in real learning contexts, as well as in laboratory settings using electroencephalography (EEG), showed that the Manual mode leads to an unbalanced distribution of roles, lower group performance, and marginally higher cognitive load. Conversely, the Automatic mode mechanically results in a balanced distribution of roles, although it is perceived as less usable by learners.
Following these results, a second iteration of the Design-Based Research cycle was conducted to integrate a role regulation system into ColLab's Manual mode. This system takes the form of regular notifications regarding the distribution of learners' roles. A new experiment in a real-world setting suggested that this system increases the frequency of role changes, although this does not necessarily translate into better group performance in face-to-face settings. These results warrant further reinforcement through new experimental studies. Subsequently, we will consider future developments of the role regulation system, for instance by personalizing the frequency of notifications based on the specific needs of each learner. |