""Réalité mixte" dans les cours pratiques en laboratoire
Les phénomènes des sciences naturelles peuvent être difficiles à comprendre en raison de leur complexité inhérente et de l'incapacité à percevoir cognitivement les processus et les mécanismes sous-jacents. Cela peut créer un décalage entre la compréhension de l'expérience par un étudiant et les principes fondamentaux sous-jacents. En outre, il est important de donner aux étudiants la possibilité de modifier les conditions et les paramètres afin qu'ils puissent faire l'expérience de la causalité et construire l'intuition. Alors que les activités pratiques dans les cours en laboratoire aident à l'apprentissage en permettant une interaction directe avec ces processus dans le monde réel, ces cours utilisent souvent des protocoles stricts et prescrits qui ne permettent pas d'itérer et de contrôler les paramètres, et qui limitent finalement les compétences de l'étudiant en matière de résolution de problèmes et de réflexion critique. De plus, il peut être difficile de maintenir une distance physique suffisante, comme cela a été crucialement nécessaire pendant la pandémie.
Les plateformes d'apprentissage électronique individualisées telles que la réalité mixte (RM) combinent des objets virtuels ancrés avec la réalité pour permettre aux étudiants d'expérimenter leur environnement de manière nouvelle, d'aller au-delà des protocoles stricts et limités, et de leur fournir un espace sûr pour explorer le matériel d'apprentissage avec des conséquences limitées. De plus, dans le contexte de la pandémie, ils peuvent offrir des environnements d'apprentissage sûrs qui peuvent être expérimentés par les étudiants de manière indépendante.
Mise en œuvre du cours pendant la période d'apprentissage à distance
Nous avons développé une nouvelle application modulaire de RM, appelée ALETHA, basée sur des principes scientifiques d'apprentissage, tels que le contrôle des variables expérimentales, la représentation multimodale, la gamification et l'échafaudage pédagogique. Notre vision est d'appliquer efficacement ces principes aux cours traditionnels en laboratoire d'une manière nouvelle, afin d'améliorer l'apprentissage des étudiants de manière individualisée. Pour commencer, nous avons mis en œuvre ALETHA dans un cours pratique interdisciplinaire sur les techniques de biofabrication, proposé à des étudiants issus de divers horizons en sciences de la vie et en ingénierie.
Nous nous sommes associés à la société de logiciels externe afca et avons créé l'application ALETHA pour l'HoloLens, qui permet une conception modulaire et flexible des cours de laboratoire MR. ALETHA peut être facilement adapté à d'autres cours de laboratoire enseignés à l'ETH grâce à son portail web convivial. Nous avons utilisé ALETHA pour concevoir un cours pratique en laboratoire destiné à enseigner aux étudiants comment construire un dispositif microfluidique. Ce cours a pu être mis en œuvre pendant la pandémie, une fois que l'enseignement des cours en laboratoire a été autorisé. Le HoloLens a servi d'assistant d'enseignement individuel pour chaque étudiant, leur permettant d'apprendre et de travailler de manière indépendante, avec un soutien, tout en étant physiquement éloigné les uns des autres et des professeurs.
Dans cette intervention d'enseignement hautement interactive, les étudiants sont immergés dans leur expérience HoloLense. Pour progresser dans le programme, les étudiants doivent répondre à des questions qui les informent sur les tâches suivantes. Un soutien passif continu est fourni par l'application, tandis que la forme d'enseignement est purement active. Si les questions sont correctement répondues, le programme progresse et un symbole de trophée collecté apparaît dans l'application. Si la mauvaise réponse est sélectionnée, une explication est fournie avec des informations et des conseils supplémentaires, et la possibilité de répondre à nouveau sur la base de cette entrée est donnée, jusqu'à ce que la bonne réponse soit choisie.
Après un bref exposé sur la théorie et les concepts par le professeur, tous les éléments d'enseignement suivants sont synchrones, c'est-à-dire que les instructions et les concepts sont présentés dans le champ de vision tout en étant activement exécutés. Les étudiants apprennent à fabriquer et à évaluer un dispositif microfluidique, mais au lieu de suivre un protocole strict, ils sont guidés à travers les étapes du processus par des questions auxquelles ils peuvent répondre à leur propre rythme. Ils peuvent également expérimenter les variables physiques des réglages du dispositif microfluidique et tester différentes conditions dans des simulations qui sont superposées numériquement sur leur dispositif réel. Le professeur est en attente et aide en personne si nécessaire, les étudiants peuvent également communiquer entre eux et avec le professeur ou les assistants techniques directement, si nécessaire. Toutes les communications en dehors du cours en direct se font via moodle.
Un quiz avec des questions concernant les processus testés et les concepts appris lors de l'utilisation de l'application est utilisé pour l'évaluation finale. Les questions sont classées en fonction de la mémorisation des informations, de la construction de l'intuition et de l'application des connaissances. Les réponses saisies dans l'application HoloLens peuvent également être enregistrées et utilisées pour informer les enseignants sur les courbes d'apprentissage individuelles.
Course description
Concept général du cours avant la pandémie - pendant - après
Avant la pandémie, les étudiants ont été invités à appliquer leurs connaissances sur l'agriculture durable, les sols tropicaux et l'utilisation des terres à une étude de cas liée à un projet de recherche en cours du groupe Agroécosystèmes durables. Le séminaire proposait déjà des interactions avec des chercheurs et des spécialistes de l'extension travaillant dans le contexte du développement agricole. En automne 2019, l'étude de cas portait sur l'agroforesterie au Malawi central. L'étude de cas était étroitement liée au projet de recherche en cours "Trees for the enhancement of mycorrhizal functioning in lowinput maize cropping systems" de Janina Dierks et des supports de communication scientifique ont été élaborés pour le
mise en œuvre dans un contexte rural au centre du Malawi. Toutefois, à l'exception des scientifiques impliqués dans le projet, les étudiants n'ont eu aucune interaction avec le public principal pour leur matériel de communication. La principale différence apportée par la pandémie est de permettre un dialogue plus fort et plus profond entre les étudiants et les différents acteurs impliqués dans le projet. Avant la pandémie, le résultat du travail de groupe n'était présenté aux parties prenantes du projet qu'à la fin de la classe.
Dans le nouveau format (pendant la pandémie), les étudiants ont également été invités à se concentrer sur les moyens de faire connaître à un public plus large la complexité de la science. Le séminaire a offert des interactions continues avec des chercheurs, mais aussi des responsables de projets locaux, des professeurs d'école, des étudiants universitaires, et aussi des artistes et d'autres acteurs du système alimentaire. A l'avenir, différents sous-thèmes tels que le rôle de l'art socialement engagé, les écologies politiques et les systèmes alimentaires décoloniaux seront explorés tout au long de la conférence. Pendant la pandémie, les étudiants ont été invités à travailler concrètement avec les parties prenantes pour s'assurer que leur travail profiterait à la diffusion du projet RUNRES dans cette municipalité. D'un point de vue transdisciplinaire, nous avons souhaité engager les étudiants dans un cours transdisciplinaire - co-création et partage de connaissances avec les acteurs clés du projet.