Enseigner la physique électrique grâce à la réalité augmentée

Enseignant de physique au Cégep de Ste-Foy, je suis aussi membre de l’équipe de développement du jeu Parallèle. Parallèle est une application iPad qui permet d’apprendre certaines notions de physique par le jeu, grâce à la réalité augmentée. Développer le jeu a été un défi, mais pouvoir l’expérimenter en classe avec les étudiants a récompensé tous mes efforts!

Une motivation pour innover

Quoi de plus horrible à suivre qu’un bon cours de physique en électricité et magnétisme? Pas grand-chose, me direz-vous. Parlez-en à vos collègues ou à vos étudiants, ou remémorez-vous votre propre expérience si avez suivi le cours, et vous obtiendrez probablement les mêmes points de vue; le champ lexical complet du mot « catastrophe ».

Pour remédier un peu à la situation, l’équipe de développement de Parallèle, dont je fais partie, a voulu concevoir un outil pédagogique qui permettrait aux étudiants de démystifier les notions de l’électricité tout en s’amusant. La physique demeure un domaine abstrait, mais les résultats obtenus grâce au jeu sont très intéressants…

Mes expériences en laboratoire

Aux sessions d’automne 2012 et d’hiver 2013, j’ai utilisé le jeu Parallèle dans mes laboratoires de physique électrique au collégial. Parallèle est un jeu sérieux qui utilise la réalité augmentée pour permettre à l’étudiant de visualiser des concepts en électromagnétisme dans un environnement en trois dimensions. Pour en savoir plus sur Parallèle, consultez la chronique Parallèle : apprendre la physique par le jeu grâce à la réalité augmentée.

En classe, les étudiants sont en équipe de deux et chaque équipe dispose d’une tablette iPad. Lorsque la caméra de la tablette détecte un marqueur, un élément tridimensionnel, qui est le fruit de la réalité augmentée, s’ajoute dans l’image. Les étudiants peuvent manipuler ces éléments en fonction de leur connaissance en physique pour résoudre une énigme. Bref, c’est l’équivalent de travailler avec un livre en trois dimensions.

Une vue de l’écran d’un iPad quand on fait fonctionner Parallèle et qu’on filme le premier marqueur utilisé pour le jeu

Les étudiants ont adoré l’expérience. Le simple fait de se retrouver dans un environnement de réalité augmentée a subjugué tout le monde. Aussitôt le jeu débuté, un « Wow! » unanime a retenti. Les étudiants étaient surpris, impressionnés et même excités. À ce moment, je me suis dit : Ça commence bien, mais ça ne durera pas. J’avais tort. Cet enthousiasme de départ les a plongés dans une dynamique de recherche, de questionnement et d’exploration qui ne s’est pas arrêtée. Les étudiants étaient complètement absorbés par la tâche d’appropriation du jeu. Un vif échange entre les coéquipiers s’est installé. J’étais dans le paradis des profs. Les étudiants avaient enfin la chance de travailler avec les champs électromagnétiques, et ce, en temps réel. Nous passions directement de l’abstrait au concret.

Les équipes ont maintenu cette dynamique jusqu’à la fin, et ce, même si peu d’équipes ont réussi à compléter le jeu avec succès. Certaines exploraient le jeu de façon aléatoire, d’autres s’attardaient systématiquement à chacun des détails de l’énigme en tentant de faire des liens, et certaines demandaient de l’aide pour poursuivre. Chaque groupe pouvait explorer le jeu à son rythme. Même ceux qui admettaient ne pas aimer les jeux vidéo sont demeurés accrochés sur Parallèle et ont persévéré. Je n’ai vu aucun étudiant abandonner. Réussir le jeu devenait une question d’honneur.

Et la pédagogie dans tout ça?

Ce qui est intéressant sur le plan de la pédagogie est qu’il est possible d’ajuster la difficulté du jeu en fonction de la quantité d’information que l’on donne au départ. Parallèle n’est pas un cours de physique; c’est un complément de formation. Le professeur peut expliquer toute la matière en classe, puis utiliser le jeu comme examen préparatoire ou comme exercice supplémentaire. Il peut aussi choisir de ne rien expliquer aux étudiants et les inviter à explorer le jeu de façon autodidacte. Personnellement, j’ai utilisé la méthode la plus « violente » : la seconde.

La première séance du jeu a été donnée sans qu’aucune notion de magnétisme n’ait été vue en classe. J’ai volontairement donné peu d’information sur le fonctionnement du jeu, ce qui a évidemment suscité plusieurs points d’interrogation. Nous étions dans le mode « appropriation ».

Les séances suivantes se sont déroulées après que le champ magnétique eut été étudié en classe. Les élèves avaient alors vu la matière et ils avaient fait quelques exercices dirigés. De retour au jeu, ils pouvaient alors mettre à profit les nouvelles notions qu’ils venaient d’apprendre et ainsi améliorer leur performance au jeu.

Comme professeur, j’étais emballé. Le jeu respectant parfaitement les lois de la physique électromagnétique, il peut ainsi servir de solutionnaire pour tous types de situations. Dans l’une de mes classes, une compétition amicale a même été lancée à savoir quelle équipe réussirait le jeu le plus rapidement. Il a été intéressant de noter que le sentiment de compétition était également présent chez les filles.

Voici quelques commentaires d’étudiants :

J’ai de la difficulté avec le 3D et l’expérience Parallèle m’a permis de mieux comprendre les champs magnétiques dans l’espace.

Le fait de voir la trajectoire qu’empruntaient les particules […] nous faisait comprendre de façon concrète et non comme un produit de notre imagination ou un dessin 2D sur un tableau blanc.

On pouvait faire une hypothèse […], puis la vérifier par la suite.

Ça développe la logique et c’est gratifiant de réussir.

J’ai bien aimé le fait que nous étions laissés à nous-mêmes. Le défi était difficile, mais stimulant : il nous poussait à travailler et à le réussir.

Certains étudiants m’ont même avoué qu’ils se représentaient tous les problèmes de physique à partir du jeu dans leur tête et que cela les avait beaucoup aidés lors des examens.

Conclusion

L’expérience a été un succès sur toute la ligne.

Maintenant, le jeu est utilisé par plusieurs de mes collègues au Cégep et nous remarquons toujours le même engouement pour l’énigme. Les étudiants sont mêmes déçus de ne pas pouvoir se servir du jeu plus souvent. Le secret de cette réussite réside sûrement dans la technologie utilisée, mais aussi sur le fait que le jeu ne semble pas être conçu pour des fins pédagogiques. Les étudiants apprennent en s’amusant, sans s’en rendre compte!

Parallèle est disponible tout à fait gratuitement sur l’App Store de Apple. Pour faire fonctionner l’application, vous devez imprimer les marqueurs, que vous pouvez vous procurer en communiquant par courriel avec Mme Sylvie Daniel, professeure titulaire au département des sciences géomatiques de l’Université Laval.