Parallèle : apprendre la physique par le jeu avec la réalité augmentée

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Contexte

Au niveau collégial, le domaine de la physique et plus spécifiquement l’électromagnétisme est reconnu comme étant particulièrement difficile. Les concepts abordés dans ce cours posent de réelles difficultés aux étudiants. En effet, les particules et les forces électromagnétiques sont des éléments intangibles et invisibles à l’œil nu. Les phénomènes en jeu se matérialisent dans l’espace 3D. Les forces peuvent agir dans toutes les directions sur une particule, parallèlement ou perpendiculaire à la direction du mouvement de la particule, ce qui peut être complexe à percevoir sur la base du matériel pédagogique utilisé (ex. graphique représenté sur une feuille de papier, éventuellement animation sur le Web). Les appareils permettant de mener des expériences concrètes en classe (ex. canon à électrons) sont limités en nombre et en cas de figure qu’ils permettent de tester. Ainsi, il est demandé aux étudiants un effort significatif de représentation mentale et de conceptualisation ce qui se traduit par un taux d’échec important au cours. Ce constat se répète d’une année sur l’autre.

Objectif

Parallèle vise à mettre en évidence les bénéfices sur le plan de l’acquisition des connaissances des solutions alliant divertissement éducatif et réalité augmentée sur plateforme mobile. La solution vise également à motiver l’intéressement des étudiants aux sciences et aux nouvelles technologies.

Description de la solution

Parallèle est basé sur l’exploration où le joueur évolue dans une ambiance mystérieuse. L’étudiant dispose d’une tablette numérique et de trois cartons, des marqueurs, portant des inscriptions différentes. Lorsque l’étudiant lance Parallèle, il découvre alors qu’un coffre scellé portant des inscriptions sumériennes a été repêché dans une mer nordique. Cette découverte coïncide avec l’excavation de trois tablettes dont les inscriptions sumériennes correspondent à celles du coffre. Ces mêmes symboles composeraient la combinaison secrète permettant d’ouvrir une porte inscrite dans une immense arche de pierre. L’objectif du jeu est de découvrir les trois symboles permettant d’ouvrir la porte. Pour cela, le joueur dispose d’un canon à particules capable de balayer l’intérieur du coffre et produire une image de l’endroit frappé par les particules. Il devra appliquer des champs électriques et magnétiques aux faces du coffre pour diriger le faisceau de particules sur les points marqués. Les symboles affichés permettront d’ouvrir la porte.

Appropriation des résultats par le milieu

Environ 250 étudiants du Cégep de Sainte-Foy ont déjà utilisé Parallèle en classe. Les professeurs de physique disposent maintenant d’un nouvel outil qui leur offre une diversité d’approches pédagogiques. La solution respectant parfaitement les lois de la physique électromagnétique, les professeurs disposent d’un solutionnaire visuel et tangible pour tous types de situation.

Parallèle a eu un impact majeur sur l’attitude des étudiants vis-à-vis de l’électromagnétisme. Ainsi l’impopularité de ces notions a fait place à l’enthousiasme et la motivation dans la classe. La réalité augmentée inhérente à Parallèle a été un catalyseur fort de l’attention. L’expérience a montré que Parallèle améliore la compréhension de la problématique théorique. Les étudiants peuvent voir au lieu d’imaginer ces concepts abstraits et ainsi faire le lien entre la théorie et sa manifestation physique. Ils peuvent également visualiser les phénomènes en trois dimensions comme s’ils se déroulaient réellement sous leurs yeux. Plus encore, les essais sont validés immédiatement. Parallèle est ainsi un outil pédagogique qui permet aux étudiants de démystifier les notions d’électromagnétisme tout en s’amusant.

Prix

La solution Parallèle a remporté l’OCTAS 2013 (qui vise à reconnaitre l’excellence dans le domaine des technologies de l’information au Québec) dans la catégorie Environnement d’apprentissage. Elle figure également parmi les récipiendaires 2014 des hommages aux innovations sociales rendus par l’Université Laval. Ce prix est remis aux membres de la communauté universitaire pour la réalisation d’innovation en partenariat qui ont des impacts concrets dans la société. Parallèle a aussi une mention du Ministre dans le cadre du concours 2014 du prix du Ministre de l’enseignement supérieur, de la recherche et de la science. Ce concours a pour objet de souligner la qualité exceptionnelle du matériel didactique produit en français et destiné aux étudiants et aux étudiantes de l’enseignement collégial et du premier cycle de l’enseignement universitaire.

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Sylvie Daniel, ing.jr., Ph.D.
Professeure titulaire au Département des sciences géomatiques, Université Laval
Courriel: sylvie.daniel@scg.ulaval.ca