Soutenance de thèse de Elena MARTIN

L’utilisation d’outils d’apprentissage mobile se développe de plus en plus dans le milieu de l’éducation. Pourtant, l’effet de ces nouvelles technologies intégrées en classe ne semble pas suffisamment identifié. Le principal objectif de cette thèse est d’étudier l’impact d’un outil d’apprentissage mobile (ARTEfac) pouvant intégrer de la réalité augmentée au cours d’une démarche d’investigation en sciences. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l’apprentissage de certains concepts en astronomie présents dans les programmes scolaires de cycle 3. Pour cela nous avons étudié l’impact d’ARTEfac sur 3 processus cognitifs : i. la perception (effort mental et expérience d’apprentissage), ii. l’acquisition de connaissances, iii. le raisonnement scientifique. Une première étude s’intéresse à l’impact de la réalité augmentée intégrée à certaines étapes de la démarche d’investigation, sur la perception de l’effort mental et les résultats d’apprentissages d’étudiants en Master MEEF professeurs des écoles. Cette étude a mis en avant un lien entre l'effort mental et les résultats d'apprentissage indépendamment des conditions d’expérimentation (avec ou sans réalité augmentée). Malgré une première utilisation du modèle en réalité augmentée, la perception de leur effort mental et les résultats d’apprentissage restent similaires au groupe contrôle. Nous avons mené une deuxième étude dont l’objectif était d’évaluer l’impact de la réalité augmentée, intégrée à certaines étapes de la démarche d’investigation, sur le raisonnement scientifique et les résultats d’apprentissages d’élèves de CM1/CM2. La comparaison de cette approche et d’une approche plus conventionnelle a montré que lors de l'utilisation d’ARTEfac, la capacité des élèves à identifier une hypothèse scientifique, y compris pour les élèves les moins performants, était améliorée. Cependant, aucun impact n’a été identifié sur la capacité des élèves à comprendre ce qu’est un modèle et à interpréter des données, quel que soit le niveau initial de compétence des élèves. Sur la base des deux premières études, nous nous sommes intéressés à l’usage d’ARTEfac sans l’utilisation de réalité augmentée. Dans cette troisième étude, ARTEfac est utilisé comme un outil de guidage par prompt instructions pour compléter l’activité de l’enseignant. Les résultats d’apprentissage et la perception de l’expérience d’apprentissage des élèves de CM1 ayant utilisé ARTEfac ont été comparés à un groupe d’élèves de CM1 n’ayant pas utilisé ARTEfac. Leur comparaison a montré un engagement et un intérêt plus élevés (sur deux composantes de l’expérience d’apprentissage) pour les élèves ayant utilisé ARTEfac. Nous observons dans les deux groupes des améliorations de résultats d’apprentissage similaires. En somme, l’utilisation d’ARTEfac a eu un impact positif sur l’apprentissage et certains processus cognitifs des élèves. Il a contribué à l’étude et à l’amélioration de l’apprentissage de l’astronomie, des compétences de raisonnement et permet aux élèves d’être plus engagés tout en maintenant un effort mental similaire à une approche plus conventionnelle. Lors de séances en astronomie par une démarche d’investigation, ARTEfac représente une alternative viable à une approche conventionnelle. L’utilisation d’un appareil mobile comprenant ARTEfac pourrait être une alternative au matériel spécifique nécessaire à la modélisation du système Terre-Soleil. Si les résultats témoignent de l’intérêt actuel d’étudier l’impact de nouveaux outils d’apprentissage, ils permettent de souligner l’importance de ces études dans le domaine des apprentissages en sciences. 

The use of mobile learning is increasingly in education. However, the impact of these new technologies integrated into the classroom does not seem to have been sufficiently identified. The main aim of this thesis is to study the impact of a mobile learning tool (ARTEfac) that can incorporate augmented reality during an inquiry-based learning in science. Specifically, we were interested in the learning of astronomy concepts included in French’s curricula. To do this, we studied the impact of ARTEfac on 3 cognitive processes: i. perception (mental effort and learning experience), ii. knowledge acquisition, iii. scientific reasoning. The first study looked at the impact of augmented reality, integrated into steps of the inquiry-based learning process, on the mental effort and the learning outcomes of students on French Master’s degree students. This study showed a link between mental effort and learning outcomes, regardless of the group conditions (with or without augmented reality). Despite the initial use of the augmented reality model, the perception of their mental effort and learning outcomes remained like the control group. We conducted a second study with the aim of evaluating the impact of augmented reality, integrated into some steps of the inquiry-based learning process, on the scientific reasoning and learning outcomes of elementary students. A comparison of this approach with a more conventional one showed that when ARTEfac was used, students' ability to identify a scientific hypothesis improved, even for the low achievers’ students. However, no impact was identified on students' ability to understand what a model is and to interpret data, whatever their initial level of competence. Based on the first two studies, we looked at the use of ARTEfac without the use of augmented reality. In this third study, ARTEfac is used as a prompt instruction guidance tool to complement the teacher's activity. The learning outcomes and perception of the learning experience of elementary students who used ARTEfac were compared to a group of elementary students who did not use ARTEfac. Their comparison showed higher engagement and interest (on two components of the learning experience) for students who had used ARTEfac. We observe similar improvements in learning outcomes in both groups. Overall, the use of ARTEfac had a positive impact on the students' learning and some cognitive processes. It contributed to the study and improvement of astronomy learning, reasoning skills and enabled students to be more engaged while maintaining a mental effort like a more conventional approach. ARTEfac is an alternative to a conventional approach for inquiry-based learning in astronomy sessions. The use of a mobile device incorporating ARTEfac could be an alternative to the specific equipment needed to model the Earth-Sun system. While the results demonstrate the current interest in studying the impact of new learning tools, they also highlight the importance of such studies in the field of science learning.