Vademecum JENII
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VADEMECUM 2025 Enseigner et former avec des jumeaux numériques
Document coordonné et rédigé par CUVELIER, Lucie, CESI DANGOULOFF, Natacha, CESI FERNAGU, Solveig, CESI PAGGETTI, Marion, CESI Co-rédacteurs du Vadémécum BAUDRY, David, CESI BONDESAN, Pierre, ENSAM DELALIN, Hugues, CESI FACON, Cédric, CESI FAVIER, Véronique, ENSAM FLEURY, Sylvain, ENSAM ROUCOULES, Lionel, ENSAM SYLLA-IYARRETA VEITIA, Maité, CNAM TEXIER, Anaïs, CNAM
Ont contribué au projet dans le cadre du Work Package 0 « Pilotage et coordination du projet » ANDRIOT, Claude, CEA, coordinateur du Work Package 2 BAUDRY, David, CESI, représentant du CESI COUSQUER, Christian, CNAM, représentant du CNAM DOUIN, Alexandre, CEA FAVIER, Véronique, ENSAM, responsable scientifique du projet FERNAGU, Solveig, CESI, coordinatrice du Work Package 1 FERNANDEZ, Sébastien, ENSAM, chef de projet IORDANOFF, Ivan, ENSAM, rédacteur du projet initial KESTELYN, Xavier, ENSAM, porteur du projet initial KOSCIELNIAK, Thierry, ENSAM, ex-CNAM, coordinateur initial du Work Package 3 ROUCOULES, Lionel, ENSAM, coordinateur du Work Package 4 TEXIER, Anaïs, CNAM, coordinateur du Work Package 3 Ont contribué au projet dans le cadre du Work Package 1 « Développement ou amélioration de parcours pédagogiques hybrides et multimodaux individualisés » COFFIN, Maëva, ENSAM CUVELIER, Lucie, CESI DANGOULOFF, Natacha, CESI DELALIN, Hugues, CESI DEWEZ, Sandrine, CNAM FACON, Cédric, CESI FERNAGU, Solveig, CESI MRAIHI, Saida, ENSAM PAGGETTI , Marion, CESI RICHIR , Simon, ENSAM ROUCOULES, Lionel, ENSAM SYLLA, Maité, CNAM Ont contribué au projet dans le cadre du Work Package 2 « Développement et intégration des plateformes numériques et des modules technologiques supportant les parcours pédagogiques » ALFEREZ, Nicolas, CNAM ALGARRA, Robin, ENSAM AMMAR, Amine, ENSAM AMRANI ALAOUI, Mohammed, CEA ANDRIOT, Claude, CEA ARAGOZA BECERRA, Andres Alexander, ENSAM ARTOZOUL, Julien, ENSAM BARANGE, Mukesh, CESI BARATTO, Florian, ENSAM
BAUDOUIN, Cyrille, ENSAM BAUDRY, David, CESI BAUR, Thiphaine, CESI BEAREE, Richard, ENSAM BECQ, Aline, CESI BEN SAID, Mohammad Aymane, ENSAM BERTON, Julien, CESI BIBAUT, Hugues, CESI BOUAZIZ, Sabrine, CESI BOURGEOIS, Jérémie, ENSAM BRIANT, Nicolas, CESI BRUNEAU, Romane, ENSAM CAICEDO BOHORQUEZ, Jose David, ENSAM CHAUDRON, Romain, CESI CHAVANNE, Emmanuelle, ENSAM CHAVANNE, Robin, ENSAM CHEVALLIER, Léo, CESI CHOCHOY, Louis, CESI/ ENSAM CHRISTMAN, Olivier, ENSAM COULON, Bertrand, ENSAM COURALLET, Alexandre, CESI COUSQUER, Christian, CNAM CRETOT, Olivier, ENSAM CROUE, Jean-Baptiste, ENSAM DE LAVERNY D'AMBLARD, Benjamin, CEA DELALIN, Hugues, CESI DENAUD, Louis, ENSAM DOUIN, Alexandre, CEA DUFOUR, Diego, ENSAM DUPIRE, Jérôme, CNAM DUPUIS, Yohan, CESI DUVAL, Fabrice, CESI EL MANSORI, Mohamed, ENSAM EL TABECH, Hani, CESI EUZENAT, Charly, ENSAM EVIN, Loukia, ENSAM
FAVER GARCIA, Lilian, CNAM FEDDOUL, Yassine, CESI FROMENTIN, Guillaume, ENSAM GARCIA, David, CESI GIRARD, Adrien, CEA GORISSE, Geoffrey, ENSAM GRENIER, Jean-François, CESI GUETTE, Mylène, ENSAM GUITTER, Thibaut, ENSAM HAKIM, Said Youssouf, ENSAM HASNI, Dihia, CESI HAVARD, Vincent, CESI HERIVEAUX, Nicolas, ENSAM HOUSSIER, Louis, ENSAM IORDANOFF, Ivan, ENSAM ISSAC, Vishal, ENSAM KADRI, AbdelMajid, ENSAM KEITH, François, CEA KESTELYN, Xavier, ENSAM KOSCIELNIAK, Thierry, CNAM KTARI, Ahmed, ENSAM LACOMBLEZ, Marc, CESI LEMEUNIER, Guillaume, ENSAM L'HEGARAT, Paul, ENSAM LI, Kuotian, CESI LOCARD, Yoan, ENSAM MAGNIN, Fabian, ENSAM MASSON, Léo, ENSAM MEYRUEIS, Vincent, ENSAM MOEZZIBADI, Mohammad, ENSAM MONTEMURRO, Marco, ENSAM MOUHJIR, Zakariae, CESI MRAIHI, Saida, ENSAM PANCHOUT, Emile, CESI PASI, Simon, ENSAM PERQUIS, Thibaut, CESI PLOUZEAU, Jérémy, ENSAM POUSSARD, Benjamin, ENSAM QUENEHEN, Anthony, ENSAM RAGOT, Nicolas, CESI
RAVELET, Florent, ENSAM RENAUD, Ludovic, CESI REYES, Lucas, CESI RICCA, Aylen, ENSAM RICHIR, Simon, ENSAM SYLLA, Maité, CNAM TOURNIAIRE, Anthony, ENSAM VANDENBERGHE, Elise, ENSAM VAUCHEY, Vincent, CESI VERJAT, Fabrice, ENSAM WEISTROFFER, Vincent, CEA WILD, Luc, CEA ZERROUKI, Franck, ENSAM Ont contribué au projet dans le cadre du Work Package 3 « Expérimentation, amélioration continue et évaluation des démonstrateurs pilotes » AUCHET, Antoine, CNAM BARBET, Isabelle, CNAM BOISADAN, Andréa, CESI BONDESAN, Pierre, CNAM BUISINE, Stéphanie, CESI COFFIN, Maëva, ENSAM COUSQUER, Christian, CNAM DEWEZ, Sandrine, CNAM DUPIRE, Jérôme, CNAM FACON, Cédric, CESI FLEURY, Sylvain, ENSAM KADRI, Abdelmajid, ENSAM KEMPA, Noémie, CNAM KOSCIELNIAK, Thierry, CNAM/ ENSAM LE STANG, Laure-Amélie, CNAM MRAIHI, Saida, ENSAM TEXIER, Anaïs, CNAM
Ont contribué au projet dans le cadre du Work Package 4 « Diffusion, pérennité du développement des dispositifs » ANDRIOT, Claude, CEA BAUDRY, David, CESI COUSQUER, Christian, CNAM FERNANDEZ, Sébastien, ENSAM ROUCOULES, Lionel, ENSAM MAGNIN, Clara, ENSAM Les compagnons du projet BOURLET, Guillaume, UPEC CARTEAUX, Guillaume, UPEC FERNANDES, Mickaël, CY GOUDEY, Alain, Neoma BS LEDROIT, Orianne, EdTech France MONNERET, Anne-Charlotte, EdTech France MONTONI, Angelo, IMT ROUSSEAU, Didier, CY WAINER, Marina, ENSCI
8JENII VADEMECUM 2025 Table des matières PRÉAMBULE .............................................................................................................. 12 EN BREF ..................................................................................................................... 15 INTRODUCTION ......................................................................................................... 26 Du Jumeau Numérique (JN) au Jumeau Numérique d’Enseignement (JNE) ......................... 27 Du JNE au projet JENII ............................................................................................................... 28 JENII et son vadémécum ........................................................................................................... 28 L’écriture de ce vadémécum ....................................................................................................... 29 Du fantasme pédagogique au déploiement de pratiques objectivées .................................... 29 Du vadémécum à la formation de formateurs .......................................................................... 30 Vadémécum et structuration ..................................................................................................... 30 Vadémécum et usagers ............................................................................................................. 31 1ÈRE PARTIE ............................................................................................................................32-33 S’acculturer aux jumeaux numériques d’enseignement : définition et spécificités ... 34 1. DÉFINIR LES JUMEAUX NUMÉRIQUES D’ENSEIGNEMENT : REGARDS DE CHERCHEURS, DE CONCEPTEURS ET DE FORMATEURS LES UTILISANT ............................................................. 35 1.1Leconceptdejumeaunumériquedéfiniparlalittératurescientifique ....... 35 • La naissance du concept de jumeau numérique ....................................................... 35 • Des définitions nombreuses et évolutives du jumeau numérique ............................ 37 • Les typologies de jumeaux numériques ..................................................................... 39
9 JENII VADEMECUM 2025 1.2Lesjumeauxnumériquesdansl’industrie ................................................... 42 • Les cas d’usage industriels ......................................................................................... 42 • L’appui sur la simulation .............................................................................................. 44 1.3DuJumeauNumérique(JN)auJumeauNumériqued’Enseignement(JNE)46 • JNE et littérature scientifique ...................................................................................... 47 • JNE et points de vue des acteurs du projet JENII ...................................................... 49 • Une définition ............................................................................................................... 51 • Les défis didactiques des JNE .................................................................................... 52 • Les défis pédagogiques des JNE ................................................................................ 55 2. CONSTRUIRE UNE APPROCHE RAISONNÉE ET PRAGMATIQUE DES EIAH : APPLICATION AUX JNE ................................................................................... 59 2.1Apprentissageetnumérique,unenthousiasmetechnophileàmoduler ..... 59 • L’outil technologique n’est pas un dispositif pédagogique en soi ............................. 60 • L’outil technologique relève d’un environnement de formation ................................. 61 2.2JNEetenvironnementsinformatiquesd’apprentissagehumain(EIAH): descoûtsàestimer ..................................................................................... 62 • L’exemple des casques de réalité virtuelle et des moyens de calculs associés ...... 66 • L’exemple des coûts énergétiques .............................................................................. 67 2ÈME PARTIE ....................................................................................................................... 68-69 Éviter les raccourcis : déconstruire les mythes et les croyances pédagogiques ....... 70 3. LE JNE VA-T-IL REMPLACER LES ENSEIGNANTS ? ....................................... 71 4. LE JNE DOIT-IL ÊTRE IMMERSIF, AVEC LA NÉCESSITÉ D’UTILISER UN CASQUE ? .................................................................................................... 72 5. POUR UN APPRENTISSAGE EFFICACE, LE JNE DOIT-IL ÊTRE INTERFACÉ EN RÉALITÉ VIRTUELLE ? ............................................................ 74 6. LES JNE PERMETTENT-ILS D’ENGAGER ET DE MOTIVER LES ÉLÈVES ? ..... 77 7. UN JNE DOIT-IL ÊTRE RÉALISTE ? ................................................................... 80 8. UN JNE DOIT-IL PERMETTRE DE “JOUER” POUR ÊTRE ENGAGEANT ? ........ 83 9. UN JNE FAVORISE-T-IL DES EXPÉRIENCES D’APPRENTISSAGE AGRÉABLES ? .... 85 10. UN JNE PEUT-IL ÊTRE ACCESSIBLE À TOUS LES APPRENANTS ? ............. 87
16 JENII VADEMECUM 2025 1. QU’EST-CE QUE JENII ? JENII (Jumeaux d’Enseignement Numériques Immersifs et Interactifs) est une réponse collective à l’Appel à Projet DemoES financé, en tout ou partie, par le programme d'investissement d'avenir (France 2030) au titre du projet JENII – ANR-21-DMES-0006. Ses objectifs Développer des dispositifs pédagogiques innovants basés sur les concepts de Jumeau Numérique et de réalité immersive. Ses grands principes Rapprocher à travers les dispositifs de formation : • Les étudiants « Gen Z » qui vivent dans des environnements de plus en plus hyperconnectés. • Le monde industriel et ses besoins en compétences technologiques. Former aux et via les Jumeaux Numériques Les partenaires Retrouvez-nous LINKEDIN linkedin.com/company/jenii YOUTUBE @projet_jenii
17 JENII VADEMECUM 2025 1 5 24 3 - Ce n’est pas un environnement de jeu, c’est un environnement pédagogique - Le niveau de maturité des JNE sur chacune des briques peut être différent (cf. Catalogue) Un environnement physique (jumeau physique) sur lequel les apprenants réalisent des séquences pédagogiques. RÉEL Un environnement virtuel doté de modèles physiques ou basé sur les données. PHYSICALISATION Un échange de données entre le réel et les représentations. La temporalité de la connexion “temps-réel” est à adapter en fonction des scénarios. CONNEXION Un environnement interactif dans lequel l’apprenant joue des scénarios pédagogiques. L’interaction est variable : mode immersif, mode bureau/clavier/souris... INTERACTION La réplique virtuelle (potentiellement immersive) de tout ou partie d’un environnement physique. REPRÉSENTATION 2. QU’EST-CE QU’UN JUMEAU D’ENSEIGNEMENT NUMÉRIQUE IMMERSIF ET INTERACTIF ? Comme dans le domaine de l’industrie, les JNE de JENII sont constitués de 5 briques technologiques (réel, représentation, physicalisation, interaction, connexion) couplant des technologies physiques et des technologies numériques (cf. Image 1). Pour en savoir plus : cf. première partie du vadémécum (1.1, 1.2, 1.3) Image 1 : Les cinq briques technologiques des JNE
18 JENII VADEMECUM 2025 3. QUELS SONT LES JNE QUI ONT ÉTÉ DÉVELOPPÉS ? •Il est possible de découvrir les 15 JNE développés dans le cadre du projet JENII au travers de leur catalogue (cf. Image 2, Tableau 3). •Une série de vidéos et de webinaires est disponible sur @projet_jenii. Image 2 : Catalogue Jumeaux Numériques pour Enseigner JENII 4. QUELS SONT LES INTÉRÊTS PÉDAGOGIQUES DES JNE ? Tout projet innovant entraîne avec lui des craintes et des résistances, mais il génère aussi des croyances qui peuvent être parfois erronées : des malentendus et des mythes. Un certain nombre ont pu être identifiés au fur et à mesure de l’avancée du projet JENII, nous en avons exploré 8 : •Le JNE va-t-il remplacer les enseignants ? •Le JNE doit-il être immersif, avec la nécessité d’utiliser un casque ? •Pour un apprentissage efficace, le JNE doit-il être interfacé en réalité virtuelle ? •Les JNE permettent-ils d’engager et de motiver les élèves ? •Un JNE doit-il être réaliste ? •Un JNE doit-il permettre de “jouer” pour être engageant ? •Un JNE favorise-t-il des expériences d’apprentissage agréables ? •Un JNE peut-il être accessible à tous les apprenants ? Pour en savoir plus : cf. deuxième partie du vadémécum
19 JENII VADEMECUM 2025 5. QU’APPORTENT LES JNE ISSUS DU PROJET JENII ? Les JNE sont des environnements pédagogiques au même titre que ceux que vous mobilisez par ailleurs dans vos enseignements (salles de cours, fablabs, ateliers, plateformes technologiques, ...). Ils permettent de valoriser d’autres manières d’apprendre (immersion, expérimentation, …) et d’accéder à des situations plus complexes (accéder à l’invisibilité, manipuler des moyens de production ou une machine dangereuse, …) et souvent inaccessibles autrement (visiter un réacteur, provoquer une réaction chimique, entrer au cœur d’une machine, …). Ils enrichissent les pratiques et les méthodes pédagogiques (cf. Image 3). AB Image 3 : Atelier de forgeage a) presse mécanique réelle b) presse mécanique virtuelle qui permet de voir l’invisible en réel, c’est-à-dire l’intérieur de la presse pour mieux comprendre son fonctionnement Le développement des pratiques pédagogiques mobilisant les JNE s’appuie sur scénarios pédagogiques. Ils relèvent d’une ingénierie particulière, en général collaborative et concourante.
20 JENII VADEMECUM 2025 Intégrer les JNE et assurer la sécurité informatique Intégrer des JNE dans leurs pratiques pédagogiques Assister les enseignants dans l’analyse des besoins et la conception des dispositifs de formation intégrant des JNE INGÉNIEURS PÉDAGOGIQUES ENSEIGNANTS & FORMATEURS INGÉNIEURS DÉVELOPPEURS SUPPORTS INFORMATIQUES APPRENANTS Développer les JNE et accompagner les équipes dans l’intégration et le maintien dans les dispositifs Utiliser les JNE et évaluer la valeur d’usage pour les apprentissages 6. QUELS ACTEURS ET SERVICES SUPPORTS SONT IMPLIQUÉS ET/OU NÉCESSAIRES AU DÉVELOPPEMENT ET À L’INTÉGRATION DE JNE DANS LES ENSEIGNEMENTS ? Différents acteurs sont mobilisés lors du développement et de l’intégration de JNE dans les enseignements (cours, blocs de compétences, unités pédagogiques, …) (cf. Image 4) : les experts métiers, les intervenants, les ingénieurs pédagogiques, etc. pour la partie pédagogique (scénarisation, contenus, objectifs, ressources) et les développeurs et les informaticiens pour la partie technologique. Cela permet de prendre en compte l’ensemble des conditions de faisabilité et déploiement des scénarios. L’ingénierie est collaborative. Pour en savoir plus : cf. troisième partie du vadémécum Image 4 : Développer des jumeaux numériques : une ingénierie collaborative
21 JENII VADEMECUM 2025 7. ENSEIGNER AVEC UN JENII DEMANDE-T-IL DES COMPÉTENCES PARTICULIÈRES ? L’intégration efficace et pertinente, dans les pratiques pédagogiques, d’outils de création de contenus (powerpoint, scénarii, génially, capsules vidéo, etc.), de nouvelles machines (machine-outil, robots, etc.) ou de logiciels (de modélisation, de simulation, CAO, FAO, etc.) est bien plus simple lorsque l’on se forme à leur utilisation. Il en est de même avec les JNE ! Enseigner avec ces derniers s’apprend (mise en route, choix de scénarios, accompagnement, évaluation, etc.). D’une part, cela peut éviter les mauvaises surprises dans l’organisation des séquences d’enseignement (prérequis des apprenants, choix des scénarios, équipements, flux, interopérabilité, réseaux, etc.) ; d’autre part, cela permet de rassurer ceux qui sont inquiets ; enfin cela permet de mieux apprécier les potentialités des JNE et leurs conditions d’usage (cf. Image 5). Pour en savoir plus : cf. troisième partie du vadémécum Image 5 : Les inquiétudes face aux JNE (Crédit @FDuriez)
22 JENII VADEMECUM 2025 8. QUELS SONT LES BÉNÉFICES PÉDAGOGIQUES DE L’UTILISATION D’UN JNE ? Les travaux menés dans le cadre des expérimentations du projet JENII ont permis de mettre en évidence un certain nombre de bénéfices pédagogiques pour les formateurs et pour les apprenants. Les JNE permettent d’optimiser les expériences d’apprentissage et d’enseignement (par les scénarios à embranchements, le réel, l’erreur, le jeu pour apprendre, l’engagement, etc.) Les retours d’expérience ont permis de documenter les conditions d’usage et bénéfices pédagogiques. Pour en savoir plus : cf. troisième partie du vadémécum 9. QUELLES SONT LES CLÉS POUR RÉDIGER UN SCÉNARIO PÉDAGOGIQUE EFFICACE ? Comme pour tout dispositif de formation, le point de départ est la définition des acquis d’apprentissage visés, leur mise en relation avec des méthodes et des contenus pédagogiques, des situations et expériences d’apprentissage. Le vadémécum présente des clés pour formaliser les étapes clés de cette production (cf. Image 6). Image 6 : Construire un scénario pédagogique centré sur l’apprenant (Crédit @FDuriez) Pour en savoir plus : cf. troisième partie du vadémécum
23 JENII VADEMECUM 2025 10. COMBIEN COÛTE UN JNE ? QUELS SONT LES « BÉNÉFICES » ? De nombreux outils, ressources ou équipements pédagogiques (machines, technologies, logiciels, salles de scale-up, équipements fablabs, etc.) demandent des budgets d’investissement, de fonctionnement et de ressources humaines pour les acquérir, les installer puis les entretenir. Il en est de même pour les JNE pour lesquels les coûts engagés dépendent notamment de la complexité des systèmes à modéliser (un bâtiment, une aile d’avion, un atelier, une forge, etc.) et du degré de fidélité souhaité, de la qualité des interfaces graphiques, des moyens de stockage, etc. Difficile de présenter des chiffres, ceux-ci seront très variables en fonction du JNE : de quelques milliers d’euros à plusieurs millions. L’expérience JENII permet d’envisager une diminution des coûts d’investissement et de fonctionnement engagés par les établissements parce qu’elle permet de gagner : •En récurrence : certains jumeaux ne sont plus à développer mais à entretenir ; •En agilité : une expertise technologique, technique et pédagogique a été développée et contribue à l’efficience des développements futurs ; •En flexibilité : leur utilisation « n’importe où », « n’importe quand » et «depuis n’importe quel support » soutient la possibilité de démultiplier les espaces d’apprentissage.
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25 JENII VADEMECUM 2025 DÉMONSTRATION DU JUMEAU NUMÉRIQUE METZ - LA FORGE
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33 JENII VADEMECUM 2025 S’acculturer aux jumeaux numériques d’enseignement : définition et spécificités 1ÈRE PARTIE
34 JENII VADEMECUM 2025 S’acculturer aux jumeaux numériques d’enseignement : définition et spécificités Cettepremièrepartieduvadémécums’intéresseauconcept deJumeauNumérique(JN)dansl’industrieavantdes’attarder plusprécisémentsurceluideJNd’Enseignement(JNE). Différentesquestionsjalonnentcettepartie:quellessont lesspécificitésd’unJNEparrapportàunsimulateurouune maquettenumérique?Quelsusagespédagogiquessontà privilégieretpourquelstypesd’acquisd’apprentissage? Àquellesconditionssoutiennent-ilsefficacementles apprentissages? 1ÈRE PARTIE
35 JENII VADEMECUM 2025 1 - DÉFINIR LES JUMEAUX NUMÉRIQUES D’ENSEIGNEMENT : REGARDS DE CHERCHEURS, DE CONCEPTEURS ET DE FORMATEURS LES UTILISANT Avant de stabiliser une définition du jumeau numérique d’enseignement (JNE), il importe d’en comprendre la portée dans sa déclinaison scientifique et industrielle (JN). 1.1 Le concept de jumeau numérique défini par la littérature scientifique. lLanaissanceduconceptdejumeau L’appellation de Jumeau Numérique (JN) ou Digital Twin (DT) fut proposée en 2002 par Michael Grieves de l’Université du Michigan pour désigner un ensemble de modèles mathématiques s’efforçant de reproduire le plus fidèlement possible le comportement d’objets physiques (un produit, un équipement ou encore une usine) (Grieves & Vickers, 2017). Historiquement, c’est à la NASA, dans les années 60-70, qu’il est possible de trouver les premières traces d’une technologie numérique dite « jumelée » lorsqu’il fallut ramener sur terre des astronautes en perdition dans l’espace (mission Apollo XIII) (cf. Image 7). Image 7 : Les premiers pas vers des jumeaux numériques (Crédit @FDuriez)
36 JENII VADEMECUM 2025 Le jumeau d’Apollo XIII permit aux ingénieurs de la NASA de ramener les astronautes sains et saufs sur terre en testant des solutions de sauvetage à plus de 320 000 km du module Apollo. Ils purent notamment envisager différents scénarios de procédures de rentrée dans l’atmosphère en réussissant à conserver puissance et oxygène, et travaillèrent sur la manière de redémarrer l’ordinateur du module de commande qui n’avait pas été conçu pour être éteint dans l’espace, etc. Ils ont recherché, rejeté et perfectionné leurs hypothèses pour définir la meilleure procédure à suivre pour assurer un retour des astronautes. Ce simulateur fut, finalement, la technologie la plus complexe de tout le programme spatial. Si l’on y trouve bien physiquement un poste de pilotage et des consoles de contrôle, tout le reste est simulé par une multitude d’ordinateurs et géré par de nombreux techniciens et ingénieurs. Ce simulateur peut être qualifié de jumeau grâce à la façon dont les ingénieurs ont pu rapidement modifier les paramètres de simulation pour les faire correspondre aux conditions du module Apollo en perdition dans l’espace. Encadré1:LejumeaudumoduleApolloXIII La NASA dut créer en urgence et virtuellement la première réplique d’un modèle physique de la station spatiale Apollo XIII pour en simuler les conditions de pilotage à bord et pouvoir guider les astronautes en perdition (Grieves, 2016). Pour cela, ils ont procédé à des hypothèses et à un ensemble de scénarios simulés à partir des interactions entre le module dans l’espace et celui à terre (cf. Encadré 1).
37 JENII VADEMECUM 2025 “une représentation numérique d’un système physique réel : caractéristiques physiques, fonctionnalités, état, comportements, historique des activités. Il est alimenté par des bases de données de référence et des capteurs installés sur l’infrastructure, qui lui permettent d’être mis à jour tout au long de son cycle de vie” (Glaessgen & Stargel, 2012, p. 57). Le concept de jumeau numérique a pris, depuis, de plus en plus d’ampleur en raison des avancées technologiques et des besoins croissants des industriels en matière d’innovation. lDesdéfinitionsnombreusesetévolutivesdujumeaunumérique Les jumeaux se développent et se démocratisent de plus en plus. Ils se sont exponentiellement numérisés, mobilisant notamment, et entre autres, les technologies issues de la réalité virtuelle, de l’analyse de données ou de l’intelligence artificielle. Dans ce contexte, le JN est à considérer comme la réplique d’un objet, d’un système, d’une implantation, d’un processus sous une forme numérique. L’une de ses premières définitions revient à Glaessgen et Stargel (2012) pour qui un jumeau numérique est : Plus tard, Julien & Martin (2020) apporteront quelques précisions, expliquant qu’un JN relève d’ “une représentation virtuelle dynamique d’un objet qui permet des analyses, des simulations ou des prédictions. Il permet de représenter n’importe quel objet physique ou processus industriel (d’une forge industrielle à un fleuve, en passant par une chaîne de production) sous forme numérique afin de l’améliorer, l’optimiser ou encore en assurer la maintenance. En agrégeant toutes les données utiles à la conception, la production et le fonctionnement d’un objet, le jumeau numérique permet de définir virtuellement de nouveaux produits, processus et services en un temps réduit et à moindre coût, et ce, sans prototypage” (Julien & Martin, 2020, p. 21).
38 JENII VADEMECUM 2025 L’alliance de l’industrie du futur (2023) retient, à partir des travaux princeps de Grieves (2014, 2022) que pour être qualifié de JN, un système doit répondre à trois critères à la fois : • Il organise un ensemble de modèles numériques représentant une entité du monde réel pour répondre à des problématiques et des usages spécifiques ; • Il est mis à jour par rapport au réel, avec une fréquence et une précision adaptées aux problématiques adressées et usages ; • Il est doté d’outils d’exploitation avancés permettant de comprendre, analyser, prédire, optimiser le fonctionnement et le pilotage de l’entité réelle. En dépit des travaux qui se multiplient, le terme est loin d’être clair et univoque. De nombreuses définitions peuvent être repérées dans la littérature scientifique. Dans leur revue systématique de la littérature entre 2002 et 2020, Jones et al. (2020) recensent par exemple pas moins de 16 définitions. Cinq autres ont pu être répertoriées entre 2021 et 2024, ce qui conduit à 21 définitions. Ces dernières sont listées en annexe (cf. Annexe 2, Tableaux 14 et 15). Elles mettent en évidence un ensemble de principes sur lesquels nous nous arrêterons : fidélité, réalisme, interactions et immersion (cf. Image 8). Image 8 : Le jumeau numérique et ses dimensions (Crédit @FDuriez)
39 JENII VADEMECUM 2025 Digital Model Digital Shadow Digital Twin PHYSIQUE NUMÉRIQUE PHYSIQUE NUMÉRIQUE PHYSIQUE NUMÉRIQUE Flux de données manuel Flux de données automatique Digital Model Digital Generator Digital Shadow Digital Twin OBJET NUMÉRIQUE OBJET PHYSIQUE OBJET PHYSIQUE OBJET NUMÉRIQUE Flux de données manuel Flux de données automatique OBJET NUMÉRIQUE OBJET PHYSIQUE OBJET NUMÉRIQUE OBJET PHYSIQUE Ces définitions nous ont conduits à produire une définition des JNE conçus dans le cadre du projet JENII et à identifier quatre piliers fondateurs de ces dispositifs innovants (cf. Image 8). lLestypologiesdejumeauxnumériques La littérature scientifique identifie différentes typologies (Kritzinger et al., 2018 ; Tekinerdogan & Verdouw, 2020). Elles permettent de classer, nommer et structurer les jumeaux numériques à partir du niveau d’intégration et de maturité de la relation existant entre les entités physiques et virtuelles, du digital model au digital twin (cf. Images 9 et 10, et Tableau 1). Image 9 : Relations identifiées entre objet numérique et objet physique (adapté de Tekinerdogan & Verdouw, 2020) Image 10 : Relations identifiées entre objet numérique et objet physique (adapté de Kritzinger et al., 2018)
40 JENII VADEMECUM 2025 NOM DU MODÈLE DÉFINITION DES INTERACTIONS Modèle digital Digital Model DM L’objet physique et l’objet virtuel sont plus ou moins connectés; la synchronisation ou le flux de données entre eux se produit par le biais d’une intervention humaine et donc manuelle. Générateur digital Digital Generator DG Un modèle numérique (générateur) est utilisé pour améliorer voire générer automatiquement un modèle physique. En revanche, il n’y a pas de rétro action du physique vers le virtuel, ou alors elle est manuelle. Ombre digitale Digital Shadow DS Il existe une communication automatisée du physique vers le virtuel. On remontera notamment des données des capteurs physiques permettant ensuite de réaliser des tests ou simulations. En revanche, une fois l’analyse effectuée, il n’y a pas de communication du virtuel vers le réel, ou encore une fois, manuellement uniquement. Le flux de données est unidirectionnel. Jumeau numérique Digital Twin DT L’objet numérique et l’objet physique sont causalement connectés et synchronisés. On pourra même les paramétrer pour être totalement interdépendants. On parle alors de systèmes cyber-physiques. « Les données intégrées circulent dans les deux sens entre un objet physique existant et un objet numérique. Dans une telle combinaison, l’objet numérique peut également agir en tant qu'instance de contrôle de l’objet physique. Il peut aussi y avoir d’autres objets, physiques ou numériques, qui induisent des changements d'état dans l'objet numérique. Un changement d'état de l'objet physique conduit directement à un changement d'état de l'objet numérique et vice versa» (Tchana de Tchana, 2021, p58). Tableau 1 : Relations entre objets numériques et physiques (Tekinerdogan & Verdouw, 2020)
41 JENII VADEMECUM 2025 Tableau 2 : Illustrations de modèles retrouvés parmi les jumeaux JENII Au regard de cette typologie de jumeaux numériques, ce sont les concepts de dualité et de forte similitude (Grieves, 2022b) qui permettent finalement de qualifier un jumeau numérique: cette existence simultanée des deux entités (physique et virtuelle) (cf. Image 11) à un moment donné. Cela signifie que le jumeau numérique peut exister avant qu'il y ait une contrepartie physique et après que la contrepartie physique cesse d'exister. À partir de là, on différenciera un modèle numérique d'un jumeau numérique. Si la contrepartie physique n'est jamais réalisée, alors le modèle numérique ne sera jamais un jumeau numérique. Dès lors, nous utiliserons le terme de jumeau numérique chaque fois que nous aurons un environnement (physique ou virtuel) et l’objectif de développer son double (respectivement virtuel ou physique). Nous parlerons de niveau de maturité pour évoquer la relation entre les deux, comme le proposent Julien et Martin (2020, 2021). NOM DU MODÈLE EXEMPLES DE JNE DÉVELOPPÉS DANS JENII Modèle digital Digital Model DM Dans le JN Chimie Agro Pharma (CAP’VR), les données utilisées pour l’extracteur liquide-liquide à contre-courant sont issues des données expérimentales réelles. Générateur digital Digital Generator DG Aucun des jumeaux du projet n’entre dans cette catégorie. Ombre digitale Digital Shadow DS Dans l’Usine Flexible de Production de CESI, les informations de production et l’état des différentes machines remontent au jumeau numérique qui permet d’étudier de nouvelles configurations des postes de travail et implantations de l’atelier. Jumeau numérique Digital Twin DT Dans l'atelier d'usinage du campus de Cluny de l'ENSAM, un certain nombre de capteurs remontent des informations en temps réel vers le JN pour suivre l'état de fonctionnement de la machine et réciproquement, les paramètres procédés sont rentrés dans le JN qui pilote le jumeau physique. Image 11 : Le JN, une rencontre d’entités physique et virtuelle (Crédit @FDuriez)
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49 JENII VADEMECUM 2025 Image 14 : Les projets de jumeaux numériques JENII lJNEetpointsdevuedesacteursduprojetJENII Le projet JENII documente la conception et l’usage de 15 projets de JNE (cf. Image 14 et Tableau 3). L’objectif est que chacun dispose : •D’une représentation géométrique d’un système réel, en réalisant une maquette numérique immersive, • De modèles physiques intégrés dans cette maquette, comme pour l’ouverture d’une porte ou bien la représentation d’un phénomène lié à un modèle thermique, •D’interactions avec l’étudiant, au travers d’un écran, d’un clavier et d’une souris, ou d’un dispositif de réalité virtuelle ou de réalité augmentée, •De lien entre le système réel et le jumeau numérique : à terme l’idée est que le jumeau numérique s’enrichisse des données mesurées sur le jumeau physique, mais aussi qu’il permette de piloter le système réel. ATELIER USINAGE HAUTE PERFORMANCE ATELIER USINE FLEXIBLE ATELIER FABRICATION ADDITIVE ATELIER FONDERIE ATELIER FORGEAGE CAP'VR LABO DE CHIMIE VOITURE ÉLECTRIQUE ATELIER DÉMANTÈLEMENT CENTRALE NUCLÉAIRE AVION LÉGER ATELIER TURBOMACHINE ATELIER DE DÉROULAGE DE RONDINS DE BOIS
50 JENII VADEMECUM 2025 STRUCTURE LIEU NOM DU JUMEAU ENSAM Paris Atelier turbomachine Angers Atelier fonderie rapide Aix-en-Provence Atelier fonderie rapide Bordeaux Atelier usine flexible Cluny Atelier usinage haute performance Atelier déroulage de rondins de bois Lille Atelier usine agile Metz Atelier forgeage CNAM Paris Voiture électrique CAP'VR-Chimie agro pharma virtual reality Avion léger - Mécanique des structures Avion léger - Aérodynamique Atelier démantèlement centrale nucléaire CESI Nanterre Atelier fabrication additive métallique Rouen Atelier usine flexible de production Tableau 3 : Présentation des projets JENII
51 JENII VADEMECUM 2025 Les enjeux sont de taille sur le plan pédagogique, puisqu’il s’agit de favoriser une expérience apprenante immersive qui pose la question de la manière dont on peut mettre en capacité les apprenants à apprendre dans ces nouveaux environnements et les enseignants à enseigner grâce à ces derniers. Les défis ne sont donc pas uniquement technologiques mais également pédagogiques et demandent de ce fait à clarifier plus précisément ce qui se cache derrière les mots. lUnedéfinition Nous définissons, dans le cadre du projet JENII, les jumeaux numériques d’enseignement comme des environnements informatiques d’apprentissage humain (EIAH), dupliqués à partir d’environnements physiques réels, et créés pour étayer la formation d’apprenants en matière de compréhension, d’utilisation, et de conception de systèmes ou de processus industriels ou physiques. Ils sont fondés sur des principes de fidélité (avec la réplique d’un environnement physique réel contextualisé et en activité) et d’interaction (avec la possibilité d’interagir dans l’environnement virtuel, et potentiellement entre les deux environnements).
52 JENII VADEMECUM 2025 FONCTION USAGES PROJETÉS (RÉSULTATS DES ENTRETIENS CONDUITS AUPRÈS DE 15 PORTEURS EN 2022) CRÉER • Concevoir un produit • Préparer une expérimentation ÉVALUER • Tester et mesurer l'efficacité d'un produit conçu et fabriqué • Comparer les résultats obtenus par le calcul théorique et ceux obtenus par l'expérimentation ANALYSER • Détecter les risques d'un équipement pédagogique avant d'agir dessus • Structurer l'apprentissage machine • Fouiller les données • Discriminer les facteurs importants • Schématiser le fonctionnement d'une machine APPLIQUER • Faire démarrer, voir comment ça démarre • Analyser des données recueillies (nécessité de faire tourner plus longtemps le système). Étude paramétrique • Expérimenter la fabrication d'un produit et la manipulation d'une machine • Utiliser un outil de simulation • Simuler des situations dangereuses ou à risque • Simuler une situation compliquée voire impossible à faire vivre en situation pédagogique COMPRENDRE • Reconnaître des concepts vus en cours • Comprendre des phénomènes complexes • Différencier la notion de jumeau numérique de maquette numérique • Décrire les systèmes d'acquisition CONNAÎTRE • Vulgarisation • Voir tous les éléments du système pour de « vrais » Tableau 4 : Le réel des situations d’apprentissage dans JENII (ce que l’on veut reproduire pour soutenir les apprentissages) lLesdéfisdidactiquesdesJNE Les JNE visent une diversité d’acquis d’apprentissage qui ont pu être repérés à partir d’une enquête qualitative auprès des 15 porteurs de projet au démarrage du projet JENII. Six domaines applicatifs ont pu être formalisés à partir des usages projetés par les porteurs de projets (créer, évaluer, analyser, appliquer, comprendre et connaître) (cf. Image 15 et Tableau 4), comme il en sera question dans la troisième partie. Les défis didactiques que les JNE peuvent relever sont nombreux, comme en témoignent les quelques exemples ci-dessous.
53 JENII VADEMECUM 2025 Image 15 : Les usages des JN (Crédit @FDuriez)
54 JENII VADEMECUM 2025 Le JNE de l’atelier de fonderie Avec le JNE de la fonderie des campus Aixois et Angevin de l’ENSAM, l’étudiant a la possibilité d’analyser l’impact des paramètres de coulée sur le résultat de la pièce. Il peut alors réaliser une étude paramétrique et préparer les expérimentations dans le JN avant d’aller réellement les réaliser sur le Jumeau Physique. Le JNE de l'atelier de forgeage Le JNE de la forge industrielle de Metz permet à l’étudiant d’expérimenter la fabrication d’une pièce et la manipulation des machines (four, presse, robots). Il lui permet de se former à des situations dangereuses dans le mode physique qui sont des situations à risques. En outre, le JNE de la forge industrielle de Metz permet de voir l'invisible comme le fonctionnement d'une presse hydraulique et/ou mécanique en ouvrant virtuellement les presses ou en faisant apparaitre le champ thermique d'un lopin juste après forgeage. L'acquis d’apprentissage visé est celui de la compréhension : il s’agit de reconnaître des concepts vus en cours et/ou comprendre des phénomènes complexes. Le JNE de l'atelier déroulage de rondins de bois Ce JNE est une machine très rare, presque un prototype, en cours de développement. Il est également coûteux et long de la mettre en route pour quelques minutes de fonctionnement dans un cadre pédagogique. Il est toutefois utile de former les étudiants et les professionnels de la filière bois, tous les étudiants concernés et les professionnels en formation continue ne peuvent pas venir à Cluny manipuler la machine physique, ils peuvent donc la découvrir par son JN et apprendre à la faire fonctionner. Le JNE de l’atelier usine flexible de production L’usine flexible de production de Rouen constitue une plateforme de recherche et de formation de haut niveau qui est exploitée, via son JNE, sur les 25 campus de CESI. Par exemple, dans le cadre du projet pédagogique industrie, dispensé en 1 ère année du cycle préparatoire, 1100 étudiants expérimentent chaque année le jumeau numérique dans le contexte d’un atelier flexible de production. Le JNE CAP’VR laboratoire de chimie Les élèves peuvent être confrontés à des situations potentiellement dangereuses, telles que des coupures légères, l’inhalation de produits chimiques, des projections dans les yeux ou sur la peau, ou encore des risques d’explosion, d’origine électrique ou liées au feu. Ces situations, en raison de leur dangerosité, ne peuvent être reproduites dans le cadre des travaux pratiques en présentiel (cf. Image 16 ci-contre). Le JNE Atelier usinage haute performance Le JNE de la machine d’usinage est couplé en temps réel au jumeau physique, c’est-à-dire la machine réelle, permettant une vision augmentée des grandeurs physiques mesurées ou simulées sur la base de données d’entrée réelles. Ces fonctionnalités offrent aux étudiants une meilleure compréhension mécanique de l’usinage en direct. Le JNE enregistre les données en flux continu et permet également une analyse des conditions d’usinage et des résultats obtenus. ILLUSTRATIONS D’ACTIVITÉS D’APPRENTISSAGE RENDUES POSSIBLES PAR LES JNE
55 JENII VADEMECUM 2025 Image 16 : Apprendre les risques sans danger : Exemples des JNE du Laboratoire de chimie CAP’VR (à gauche) et de l’atelier de démantèlement de centrale nucléaire (à droite) (CNAM, Paris) lLesdéfispédagogiquesdesJNE Fondés sur un principe de fidélité, les JNE présentent également beaucoup de similarité avec les simulateurs de formation : les situations de formation avec les JNE sont souvent très proches des situations de formation via la simulation (Gaba, 2007 ; Pastré, 2005). Nous avons donc beaucoup à apprendre des travaux de recherches désormais nombreux dans ces deux domaines : dans le domaine pluridisciplinaire des EVAH qui rassemble des psychologues des cognitivistes, des ergonomes et des informaticiens (Boccara & Delgoulet, 2018 ; Burkhardt, 2010; Cuvelier, 2018 ; Fuchs & Arnaldi, 2003 ; Hoareau, 2021 ; Lourdeaux, 2001; Mahdi, 2018) et dans celui de la formation par les simulations, exploré depuis plus de 50 ans par les sciences de l’éducation et de la formation, les ergonomes, les psychologues et la didactique professionnelle (Béguin & Weill-Fassina, 1997; Flandin et al., 2022; Gras & Dubey, 2000 ; Horcik, 2014 ; Ketelaars et al., 2023; Pastré, 2005 ; Policard, 2018 ; Samurçay & Rogalski, 1998). Le Livre Blanc du projet JENII « Enseigner avec des jumeaux numériques interactifs et immersifs» développe en détail les conditions d’apprentissage avec le numérique, et notamment les enseignements à tirer des travaux sur les apprentissages avec la réalité virtuelle et avec la simulation (JENII, 2023).
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57 JENII VADEMECUM 2025 DÉMONSTRATION DU JUMEAU NUMÉRIQUE DANS LE CADRE D'UN TRAVAUX PRATIQUE DIRIGÉ PAR UN ENSEIGNANT. METZ - LA FORGE
64 JENII VADEMECUM 2025 Les coûts récurrents de fonctionnement et de ressources humaines • Les ingénieurs ou techniciens en support de l’environnement des JNE sont indispensables pour assurer le maintien en condition opérationnelle de EIAH. Ces ressources humaines sont également nécessaires au rôle d’assesseur pour assister les enseignants lors des séances pédagogiques. • Les coûts de développement de nouvelles fonctionnalités que vous pouvez réaliser en interne ou via des prestataires externes. • Les coûts énergétiques et les impacts environnementaux sont également à considérer (cf. section suivante). Ils sont toutefois à mettre en vis-à-vis des gains potentiels de l’usage des JNE. Les coûts de consommables assurant la pérennité des environnements •Renouvellement des casques de XR dont la durée de vie (environ 4 ans) n’est pas infinie ou pour des questions d’obsolescence technologique et sociale (nouvelles fonctions, nouvelle génération…). •Licences utilisation des JNE : il n’est pas impossible que les JNE fassent appel à des licences propriétaires pour la phygitalisation (simulateur d’usinage, simulateur de cobot…), la création de l’environnement virtuel (imports de données…). •Renouvellement PC de réalité virtuelle (durée de vie 5 ans), de petits équipements (station de base pour la géolocalisation…).
65 JENII VADEMECUM 2025 Comme pour le développement et la mise en œuvre de quelconques dispositifs pédagogiques, il est important d’énumérer les bénéfices qui peuvent balancer les coûts et impacts mentionnés ci-dessus : • Les développements des JNE développés en interne (ex : expertise ENSAM) sont maîtrisés par les partenaires. Cela permet une grande agilité lors des évolutions futures potentielles. • Le développement de JNE permet de ne pas dupliquer l’environnement physique, mais utiliser son JNE tout en gardant les aspects complémentaires de séquences pédagogiques sur les plateformes physiques. L’exemple de l’ENSAM (8 campus) permet de faire découvrir toutes les plateformes technologiques via des JNE à l’ensemble des étudiants sans avoir à dupliquer toutes ces plateformes physiques dans tous les campus. Les étudiants, ensuite, soit se spécialisent sur une des plateformes, soit découvrent les plateformes physiques durant leur mobilité ou leurs stages industriels. • Économiser de l’énergie sur les plateformes technologiques qui sont utilisées au juste besoin en complémentarité des JNE. L’exemple de la dérouleuse de rondins de bois, de la forge ou de la fonderie montre que ces plateformes sont coûteuses à démarrer et alimenter. L’usage des JNE permet de diminuer leurs usages pour se concentrer sur des compétences relatives au jumeau physique alors que d’autres sont acquises avec le JNE.
66 JENII VADEMECUM 2025 lL’exempledescasquesderéalitévirtuelleetdesmoyensdecalculsassociés Au plan matériel, la disponibilité des casques est naturellement le premier frein. Cela vient non seulement du coût d’acquisition (entre 300 et plusieurs milliers d'euros par casque), mais également des efforts d’entretien et de maintien en condition opérationnelle. Le temps de charge des batteries, le temps de désinfection des casques, les réparations, la mise à disposition d’un pack casque + ordinateur, sont autant de contraintes incompressibles. De plus, « la technologie des casques de réalité virtuelle (casques sans fil, résolution d’écran, etc.) évolue très rapidement », ce qui peut, parfois, inciter à changer de matériel pour augmenter le niveau d’interaction alors que ce n’est pas toujours nécessaire (Bourliataux-Lajoinie et al., 2024). L’utilisation des EVAH ou des JNE en réalité virtuelle peut nécessiter des capacités de calculs et de rendus graphiques importantes pour permettre des interactions avec des modèles 3D complexes ainsi que les calculs sous-jacents aux différents modèles physiques, comportementaux ou encore prédictifs de ces JNE. Ces besoins peuvent dépasser les capacités de calculs offertes par les casques de réalité virtuelle autonome, nécessitant alors l’utilisation d’ordinateurs dédiés connectés avec ou sans fil aux casques de RV. Des solutions récentes, pour s’affranchir d’ordinateurs dédiés à acquérir et maintenir sur les lieux pédagogiques, portent sur l’utilisation de moyens de calculs déportés dans le cloud couplés à des solutions de streaming des flux vidéo vers les casques de RV. Ces solutions permettent de simplifier le déploiement et la gestion des applications, mais nécessitent cependant des réseaux informatiques et notamment wifi de dernière génération pour garantir une expérience utilisateurs de qualité. De plus, certains JNE nécessitant des co-simulations avec des outils métiers ne sont pas toujours intégrables d’un point de vue technique dans ce type de solution. Enfin, le modèle économique dépend fortement du cas d’usage, les solutions de calculs en cloud et de streaming étant généralement facturées à la durée d’utilisation.
67 JENII VADEMECUM 2025 lL’exempledescoûtsénergétiques Les défis de l’anthropocène nous imposent de prendre en compte les coûts sociétaux et environnementaux de ces techniques et à ne pas passer sous silence l’inflation énergétique liée au déploiement des systèmes informatiques, en particulier ceux dits virtuels ou artificiels qui nécessitent pourtant d’importantes ressources bien réelles (Casilli, 2019 ; Cuvelier et al., 2024 ; IMA, 2023). Les recherches se font de plus en plus nombreuses pour alerter sur l’augmentation incontrôlée des technologies et applications numériques (de Vries, 2023 ; Patterson et al., 2021). Elles conduisent à prédire d’importantes hausses de la consommation électrique en lien avec le numérique sans parler du bilan carbone catastrophique, des matériaux et ressources rares impliquées dans l’industrie numérique ni de l’empreinte de l’eau largement restée sous les radars (Couillet et al., 2022 ; Li et al., 2023 ; Taffel et al., 2019). Dans un livre blanc daté de 2023, l’Innovation Makers Alliance (IMA, qui rassemble plus de 8000 décideurs Tech (DSI, Innovation, Digital, Data, Transformation, R&D, Métiers Innovants) de 130 grands groupes, établissements et administrations francophones) indique que l’utilisation de modèles informatiques complexes nécessitant une grosse puissance de calcul, de capteurs ou de grandes quantités de données fait que les JN (et donc les JNE) sont très certainement des pollueurs au-dessus de la moyenne des systèmes d’information (IMA, 2023). De plus, même si des économies sont attendues de l’usage des JN et JNE (économies liées aux déplacements des étudiants par exemple ou à la substitution d'un usage d'une machine physique beaucoup plus coûteuse en énergie) ce qui reste à prouver les travaux sur l’innovation numérique montrent que ces économies sont, en pratique, rapidement compensées et dépassées par les nouvelles utilisations et l’augmentation in fine du nombre d’applications et d’utilisateurs. Du point de vue de la formation, ces dimensions sociales, économiques et écologiques invitent une mise en perspective des bénéfices, des coûts et des usages réels dans une perspective critique (Collin et al., 2021 ; Fluckiger, 2019). Ils encouragent également le développement de compétences transverses dans les écoles d’ingénieurs, en questionnant notamment la notion d’innovation et la posture de l’ingénieur dans les processus de conception (Forest, 2023 ; Goulet & Vinck, 2022).
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69 JENII VADEMECUM 2025 Éviter les raccourcis : déconstruire les mythes et les croyances pédagogiques 2ÈME PARTIE
70 JENII VADEMECUM 2025 Éviter les raccourcis : déconstruire les mythes et les croyances pédagogiques Danslemondedestechnologies,ilesttrèsfacilededévelopper descroyances(voiredessuperstitions)àl’égarddecequepeuvent ounonfairecestechnologies,etdepenserqu’ellespeuvent toutfaireetcommel’onenaenvie.Lesmythessontdefausses évidences(Barthes,1957),unrécitquel’oncroit(Leavitt,2005). Lesmythespédagogiquesliésàl’utilisationdesenvironnements numériquesd’apprentissagepeuvents’avérerdevéritablesfreins dansleprocessusd’enseignement-apprentissageetlaconception mêmedesdispositifs(Amadieu&Tricot,2020). 2ÈME PARTIE
71 JENII VADEMECUM 2025 3 - LE JNE VA-T-IL REMPLACER LES ENSEIGNANTS ? La conception de dispositifs numériques de formation ne dispense pas de la présence d’un enseignant au cours du processus d’apprentissage, bien au contraire (Amadieu & Tricot, 2020). Par exemple, croire que ces technologies permettent finalement de multiplier à l’envi et sans risque « essais et erreurs » dans le jumeau numérique d’enseignement est un leurre pour l’apprentissage. En effet, l’erreur pour apprendre ne l’est que sous condition (Astolfi, 2014), et nécessite la présence d’un enseignant (voire d’autres élèves) qui va intervenir si besoin, et aider l’élève à réguler ses apprentissages. Ses feedbacks informatifs, rapides ou en temps réel, permettent notamment d’éviter des renforcements négatifs (Bocquillon et al., 2024 ; Musial etal., 2011). De nombreux essais avec des erreurs entrainent le risque que l’étudiant retienne des conceptions erronées plutôt que les solutions correctes (Tricot & Musial, 2020). “Je trouve que la meilleure façon de retenir quelque chose ou d’apprendre, c’est de se tromper, finalement. Et j’ai toujours rêvé de pouvoir dire aux élèves: "allez-y, vous êtes sur le banc de TP, faites ce que vous voulez, poussez-le au maximum quitte à le faire exploser, quitte à ce que…", voilà. Alors bien sûr, en réalité, on ne peut pas le faire. Mais là, je trouve qu’on peut tout se permettre : le JN explose virtuellement, et bien il explose virtuellement. Donc c’est plutôt pour torturer le JN…” (Nathalie, une enseignante)
72 JENII VADEMECUM 2025 Image 18 : Le JN, avec ou sans casque ? (Crédit @FDuriez) 4 - LE JNE DOIT-IL ÊTRE IMMERSIF, AVEC LA NÉCESSITÉ D’UTILISER UN CASQUE ? L’immersion d’un sujet ne dépend pas uniquement de l’immersion du regard. Pour les JNE, comme pour d’autre EIAH, y compris des EVAH (en réalité virtuelle), il est tout à fait possible de réaliser des immersions sans visiocasque (cf. Image 18). Du point de vue visuel, les champs de vision sont souvent plus importants avec de grands écrans. Du point de vue pédagogique, l’apprentissage immersif n’est pas limité à la réalité virtuelle : des formats en présentiel comme les simulations (haute ou « basse » fidélité) ou les jeux de rôle sont également considérés comme un apprentissage immersif.
73 JENII VADEMECUM 2025 QU’EST-CE QUE L’IMMERSION ? FAUT-IL DES ÉQUIPEMENTS SPÉCIALISÉS POUR FAVORISER L’IMMERSION ? L'immersion fait référence à l'intensité avec laquelle une personne est plongée et absorbée par une expérience, au point, parfois, de perdre la notion du monde réel. Cela implique que l'utilisateur se sente "transporté" dans l'environnement ou le scénario qu'il vit, au point de s'y sentir présent de manière quasi physique et sensorielle. Le livre blanc « Enseigner avec des jumeaux numériques interactifs et immersifs » (JENII, 2023) explique plus en détail ce qu’est l’immersion, en particulier dans le cadre des JN interfacés en réalité virtuelle. L’immersion ne repose pas uniquement (et même parfois très peu) sur des équipements spécialisés. En revanche, ces équipements sont centraux pour permettre les interactions essentielles dans les JNE. L’innovation des JN repose sur la capacité d’action du sujet dans un monde virtuel, sur le monde réel. Les évolutions techniques récentes (casques RV (réalité virtuelle), gants haptiques, tapis de mouvements, etc.) transforment profondément les interfaces comportementales propres à ces dispositifs (Fuchs, 2003). Je me pose des questions : Je me pose des questions : Un argument complémentaire peut être retrouvé dans le principe de l’immersion conceptualisé par Makransky & Petersen (2021), qui recommande d’utiliser prioritairement en fonction des situations le support « ordinateur-clavier-souris ». Ce principe témoigne du fait que le besoin de réalité virtuelle immersive sous casque par rapport à un écran d’ordinateur doit être évalué par rapport à l’objectif à atteindre, la version clavier-souris n’étant pas une version dégradée du casque de réalité virtuelle, mais des cas d’usage différents (Mayer, 2019).
80 JENII VADEMECUM 2025 7 - UN JNE DOIT-IL ÊTRE RÉALISTE ? Le réalisme est une notion mal définie, qui s'apparente souvent à une propriété générique sans qu'il soit fait référence à une quelconque justification par rapport à la finalité du dispositif (Burkhardt et al., 2003). Les chercheurs en didactique et ergonomie privilégient généralement le principe de fidélité, décliné en plusieurs dimensions ou niveaux de fidélité (Ketelaars et al., 2023). Certains chercheurs interrogent même, dans le cas de la simulation, l’idéal de haute-fidélité pour privilégier dans certaines situations d’enseignement apprentissage, la basse fidélité, « suffisamment bonne » pour soutenir l’apprentissage (Ketelaars & Flandin, 2021). À QUOI CORRESPOND LE PRINCIPE DE FIDÉLITÉ ? Le principe de fidélité caractérise la proximité qui existe entre la situation simulée (ou la situation jumelée) et la situation réelle (de travail par exemple) en considérant l’écart avec le réel comme une dimension constitutive de la situation de formation conçue (Béguin & Pastré, 2002 ; Cuvelier, 2011 ; Vadcard, 2017). Ce principe est plus proche de la modélisation que de la reproduction. Il évite les écueils d’une approche réaliste, visant une copie « au plus près du réel qui suppose in fine un choix de cadrage arbitraire et non discuté du réel (Samurçay & Rogalski, 1998). Il existe en ce sens plusieurs dimensions, niveaux et degré de fidélité, qui tiennent compte des objectifs du dispositif (notamment pédagogiques). La fidélité peut être physique, fonctionnelle, technique (résolution graphique, réalisme sensoriel, etc.) et psychologique (en lien avec des facteurs émotionnels et affectifs) (Burkhardt et al., 2003 ; Ciccone et al., 2022 ; Lourdeaux, 2001). Je me pose des questions : Le principe de fidélité répond à un ensemble de questions, notamment celles relatives au lien entre réalisme et qualité des apprentissages. De nombreux concepteurs cherchent à reproduire les situations réelles avec le maximum de réalisme, en ayant comme présupposé l’idée suivante : « plus le virtuel serait proche du réel, meilleur serait l’apprentissage ». Cette hypothèse est réfutée. De nombreuses études montrent, en effet, que la fidélité de l’apparence physique (qui se confond souvent avec le réalisme) n’est pas corrélée avec la performance en termes de transfert et d’apprentissage (Lourdeaux, 2012).
81 JENII VADEMECUM 2025 Par exemple une apparence physique réaliste des avatars et personnages n’est pas corrélée avec une amélioration de la performance en termes de transfert des apprentissages. Certaines fonctionnalités (surbrillance, alertes, etc.) n’ont pas fait leurs preuves et peuvent même entraver les apprentissages en suspendant le processus d’immersion ! Pour concevoir des formations professionnelles, c’est essentiellement la fidélité opérative qui devrait être visée, à partir d’analyses de l’activité et du travail (Boccara & Delgoulet, 2018 ; Cuvelier, 2018 ; Pastré, 2007 ; Vidal-Gomel, 2018). Pour en savoir plus, il est possible de se référer au paragraphe « apprendre par la simulation» du Livre Blanc « Enseigner avec des jumeaux numériques interactifs et immersifs » (JENII, 2023). Le degré de réalisme par ailleurs, peut conduire à une charge cognitive parfois contreproductive pour les apprentissages. Chez Mayer (2024) par exemple, le principe de cohérence contribue également à fonder l’argumentation selon laquelle la charge cognitive de l’apprenant doit être maîtrisée, notamment en indiquant seulement les informations nécessaires pour l’action. Ce principe repose sur la suppression des distracteurs d’apprentissage telles que les informations surabondantes et/ou parasites par exemple qui font perdre de vue aux élèves ce qu’ils sont en train d’apprendre ou ont à apprendre. Ainsi, contrairement aux idées reçues, la représentation numérique de l’environnement physique n’a pas besoin : - D’être détaillée qu’en regard des objectifs d’apprentissage visés, - De reproduire des lieux ou des espaces inutiles, - De mettre à disposition de multiples ressources si celles-ci ne concourent pas directement aux apprentissages (une ressource n’est ressource que si elle est congruente et utilisée), - D’égaler la qualité des jeux vidéo, elle n’en est pas un.
82 JENII VADEMECUM 2025 • Si un enseignant souhaite travailler sur la physique d’un procédé, il n’a pas besoin de l’entièreté du système réel (JNE Fonderie, ENSAM Aix) ; • S’il veut travailler certains phénomènes physiques comme une aile d’avion, il n’a pas besoin de l’entièreté de l’avion (JNE Avion léger, CNAM Paris) ; • S’il veut travailler sur des procédures d’organisation de la fabrication, il n’a pas forcément besoin de la représentation de certains détails, outils ou documents (JNE Fabrication Additive, CESI Nanterre). Encadré4:Quelquesexemplesderéalismeraisonné Image 20b : JN et réalisme : l’exemple du JNE Avion léger (CNAM Paris) Le principe de cohérence chez Mayer (2024) exprime l’importance de valoriser ce qui a une valeur pédagogique et donc à supprimer d’une interface toutes les informations non essentielles aux apprentissages, et à ne garder que celles qui entretiennent un rapport étroit au sujet traité (cf. Encadré 4) : prioriser l’utile à l’agréable, éviter les ressources parasites, non essentielles. Il est ainsi recommandé de ne pas ajouter d'animations ou d'effets visuels qui n’ont pas de valeur pédagogique, car ils peuvent détourner l'attention des apprenants du contenu principal. L’idée est de concentrer l’attention sur l’essentiel, ce qui optimise la compréhension et la mémorisation. On peut alors privilégier une fidélité environnementale raisonnée et objectivée, même si elle est partielle.
83 JENII VADEMECUM 2025 Image 21 : Le JN est-il un espace de jeu ? (Crédit @FDuriez) Le caractère ludique des environnements d’apprentissage peut en effet susciter de l’engagement, mais pose très rapidement la question de la persistance de cet engagement (Mayer, 2024) (cf. Encadré 4). 8 - UN JNE DOIT-IL PERMETTRE DE “JOUER” POUR ÊTRE ENGAGEANT ? Une autre croyance commune est que la ludification des dispositifs d’apprentissage favorise l’apprentissage (Tricot, 2017) (cf. Image 21). “Quand les jumeaux numériques d’enseignement sont présentés comme des univers proches des jeux vidéo, il ne faut pas s’étonner de participer directement à la déception des étudiants et à leur démotivation étant habitués à des jeux vidéo d’un très haut niveau de game design. Certaines recherches montrent aujourd’hui que si le réalisme de l’environnement virtuel est important, le fait de disposer d’avatars trop réalistes peut s’avérer contre-productif en matière d’apprentissage” (Anthony, un chercheur).
84 JENII VADEMECUM 2025 QU’EST-CE QUE LUDICISER LES APPRENTISSAGES ? Il est courant de parler de gamification ou de jeuification dès lors que les mécanismes du jeu sont introduits en formation. Mais les processus mis en œuvre peuvent être distincts et conduire à des conduites motivationnelles différentes. En formation, utiliser des jeux de team building, des jeux de rôles, des quiz ou des défis relève de processus de ludicisation ; ajouter des récompenses comme des points, des badges, des niveaux, relève de processus de ludification. L’un ou l’autre des processus consiste à rendre un stujet plus agréable, amusant, en mobilisant l’intérêt des êtres humains pour le jeu. La ludicisation est à rechercher davantage que la ludification, qui est le fait de se concentrer sur les mécanismes de récompenses du jeu. Je me pose des questions : “En débriefant avec les élèves, j’ai tout de suite remarqué leur intérêt pour le jeu. C’était à celui qui se déplacerait le plus vite dans l’atelier. D’autres élèves se sont amusés à comparer l’environnement proposé avec un environnement réel en recherchant un maximum de choses ʺnon finiesʺ comme l’absence d’un robinet sur un lavabo ou d’une poignée de porte sur un placard ou à comparer les avatars avec ceux des jeux vidéo reproduisant notamment des mondes fantastiques, des jeux de survie, comme Assassin's creed, Last of us ou Cyberpunk” (Sandrine, une enseignante)
85 JENII VADEMECUM 2025 9 - UN JNE FAVORISE-T-IL DES EXPÉRIENCES D’APPRENTISSAGE AGRÉABLES ? Les expériences d’apprentissage qu’il est possible de réaliser dans les JNE, surtout en réalité virtuelle, varient d’une personne à l’autre et peuvent entraîner différents troubles tels que de la cinétose (mal des transports), et si les applications conçues ne sont pas bien développées, on peut même souffrir de fatigue oculaire ou de tensions visuelles, de problèmes de coordination ou de motricité, de désorientation et de vertiges, du stress et de l’anxiété, des troubles cognitifs, voire à l’extrême des sensations de « déréalisation », etc. Tous ces troubles physiques et psychologiques, même s’ils sont temporaires et réversibles, restent désagréables à vivre (voire délétères), et montrent 1) la nécessité d’accompagner et de réguler les expériences d’apprentissage : limiter la durée des sessions, proposer des pauses régulières, ajuster les paramètres des dispositifs RV pour garantir une expérience plus confortable, etc. ; 2) de privilégier des applications ayant un bon niveau de conception. Néanmoins, certaines personnes restent incapables de vivre une expérience de réalité.
86 JENII VADEMECUM 2025 QU’EST-CE QUE LA CINÉTOSE ? Dans le contexte de la réalité virtuelle (RV), la cinétose peut survenir plus facilement en raison du décalage entre les mouvements physiques de l'utilisateur (comme la tête ou le corps) et les mouvements perçus dans le monde virtuel. Par exemple, si l'utilisateur se déplace dans un environnement virtuel sans que son corps ressente les mouvements correspondants, cela peut entraîner une sensation de malaise (vertiges, nausées, maux de tête, etc.). Je me pose des questions : De nos jours, les concepteurs d’applications immersives connaissent mieux ces troubles et développent de bonnes pratiques de conception qui permettent de minimiser la survenance du phénomène de fatigue visuelle ou de « cybercinétose» (nausées liées à la technologie). Il existe aussi de bonnes pratiques d’usage, comme la limitation de la durée des séquences immersives ou encore l’onboarding progressif (ne pas démarrer directement dans le monde virtuel, mais dans le casque éteint puis le lobby). Pour autant, certains utilisateurs, en particulier les personnes sensibles au mal des transports, peuvent encore ressentir ces symptômes. Aussi, il convient d’être vigilant quant au bien-être des apprenants qui utilisent un casque de réalité virtuelle. Il est aussi important de disposer d’une alternative technologique ou organisationnelle pour le cas où un utilisateur ne pourrait pas faire la séquence entière en réalité virtuelle.
87 JENII VADEMECUM 2025 QU’EST-CE QUE L’ACCESSIBILITÉ NUMÉRIQUE ? L’accessibilité numérique consiste à s’assurer que des utilisateurs ou utilisatrices peuvent utiliser un produit ou service numérique, indépendamment de leurs capacités motrices, perceptives ou cognitives. Du point de vue des concepteurs et conceptrices, il s’agira d’identifier les situations qui pourraient poser des problèmes de manipulation, de prise d’information ou de compréhension dans les environnements numériques qu’ils développent. L’accessibilité numérique est une obligation légale, inscrite dans la loi du 11 février 2005. Elle s’inscrit dans une démarche d’égalité et constitue un enjeu politique et social essentiel afin de garantir à tous, sans discrimination, le même accès à l’information, la formation et aux services en ligne. Je me pose des questions : 10 - UN JNE PEUT-IL ÊTRE ACCESSIBLE À TOUS LES APPRENANTS ? L'accessibilité fait référence à la conception d'environnements, d'outils, et de systèmes qui peuvent être utilisés par toutes les personnes, y compris celles en situation de handicap. Elle vise à favoriser l’expérience utilisateur. Cela inclut l'accessibilité physique, mais aussi l'accessibilité numérique, qui vise à rendre les interfaces, les logiciels et les plateformes en ligne accessibles aux personnes ayant des handicaps visuels, auditifs, moteurs ou cognitifs. Par exemple : •Des interfaces utilisateur adaptées aux personnes malvoyantes, avec des lecteurs d'écran ou un contraste de couleurs élevé. •Des sous-titres ou des transcriptions pour les personnes malentendantes. •Des commandes vocales ou des interfaces adaptées pour les personnes ayant des difficultés motrices. Pour que la réalité virtuelle soit véritablement accessible, il est essentiel de tenir compte des besoins spécifiques de différentes catégories de handicap. Nous listons ci-dessous quelques-unes des solutions (cf. Tableau 5) qu’il est possible d’apporter pour favoriser l’inclusion et l’accessibilité des personnes en situation de handicap (moteur, visuel, auditif) (cf. Image 22). Dans le cadre du projet JENII, tout un travail a été conduit et dédié à la construction de ces solutions (cf. Annexe 4).
88 JENII VADEMECUM 2025 TYPE DE HANDICAP PROBLÈME RENCONTRÉ SOLUTIONS TECHNIQUES MOTEUR Difficultésàinteragir avecdesdispositifs deRVtraditionnels quinécessitent l'utilisationde contrôleursmanuels oudemouvements corporels • Interfaces de contrôle adaptées (par exemple, des manettes conçues pour les personnes ayant des limitations de mouvement, des interrupteurs ou des joysticks) peuvent remplacer les contrôles classiques. • Suivi oculaire peut être utilisé comme alternative aux contrôles manuels pour permettre de naviguer et d'interagir avec l'environnement virtuel en suivant simplement des objets ou des éléments à l'écran avec les yeux. • Commandes vocales permettent aux utilisateurs de contrôler l'expérience virtuelle sans avoir à utiliser de mains ou de mouvements corporels. VISUEL Difficultésà naviguerdansdes environnements virtuelsquidépendent principalement desstimulivisuels • Retours audiospatiaux tels que des sons tridimensionnels (audio 3D) qui peuvent guider les utilisateurs en créant des repères auditifs dans l'environnement virtuel. Cela permet de leur fournir des indications sur la position des objets, des actions ou des événements dans la scène. • Narration vocale : des descriptions audio des éléments visuels peuvent être intégrées pour permettre aux personnes malvoyantes de comprendre le contenu de l'environnement virtuel. • Commandes vocales : l'intégration de commandes vocales et d'interfaces audio permet une meilleure interaction pour ceux qui ne peuvent pas utiliser un écran tactile ou des contrôleurs visuels. AUDITIF Difficultéàprofiter pleinementdes élémentssonores, comme lesdialogues, leseffetssonoresou lesindicesaudiodans lesenvironnements virtuels • Sous-titrages et transcriptions en ajoutant des sous-titres pour les dialogues et en transcrivant les effets sonores importants (comme les bruits de pas ou les alarmes). Cela peut aider les personnes malentendantes à suivre l'expérience. • Signes visuels et animations en utilisant des indices visuels clairs ou des animations qui indiquent des événements importants dans le monde virtuel pour compenser les effets sonores manquants. • Retours visuels et vibratoires peuvent être utilisés pour signaler des événements importants ou des interactions dans l'environnement. Tableau 5 : Synthèse de solutions possibles pour favoriser l’accessibilité
89 JENII VADEMECUM 2025 PEUT-ON CONCEVOIR DES INTERFACES ACCESSIBLES AU PLUS GRAND NOMBRE ? La précocité de la prise en compte des enjeux d’accessibilité lors de la conception et du développement d’un projet technologique conditionne leur utilisabilité par un plus grand nombre d’usagers potentiels, chacun concerné de manière singulière par de potentielles incapacités qu’il convient de prévoir afin de contourner l’éventuelle situation de handicap. Je me pose des questions : Image 22 : le JNE pour favoriser l’inclusion (Crédit @FDuriez)
96 JENII VADEMECUM 2025 Ainsi, l’étape centrale de la conception gagnerait à prendre en compte les apports des recherches sur la simulation à visée formative (Cuvelier, 2018 ; Dangouloff, 2021 ; Ketelaars et al., 2023). Rogalski et Samurçay insistaient déjà en 1998 sur le rôle fondamental des conditions d’utilisation des simulateurs, c’est-à-dire des situations didactiques construites par les formateurs, par rapport aux caractéristiques mêmes des simulateurs (Samurçay & Rogalski, 1998). Les recherches insistent sur l’accent à mettre sur la définition des objectifs pédagogiques, sur la rédaction des scénarios didactiques et sur l’animation des séances utilisant la simulation, avec des gestes professionnels des formateurs ajustés à la situation (Dangouloff, 2021 ; Flandin et al.) De nouvelles compétences sont attendues de la part des professionnels en charge de l’ingénierie pédagogique, dans un contexte de complexification et d’hybridation des dispositifs (Charlier & Henri, 2010 ; Fernagu & Frétigné, 2024). L’usage pédagogique des nouvelles technologies demande en effet aux professionnels de la formation de concevoir des situations d’apprentissage instrumentées en réunissant et en utilisant des connaissances variées, issues par exemple de travaux sur : •La narration en réalité virtuelle (Fuchs et al., 2006), •Les effets des EIAH sur l’apprentissage (Fleury et al., 2024 ; Hamilton et al., 2021; Makransky & Petersen, 2021), •L’apprentissage professionnel (Badets et al., 2021), •La simulation à visée formative (Audran, 2016 ; Horcik, 2014 ; Pastré, 2005 ; Sebastian et al., 2023, Pastré, 2005). QU’EST-CE QU’UNE SITUATION D’APPRENTISSAGE INSTRUMENTÉE ? Elle désigne une situation dans laquelle les apprenants utilisent des outils, des technologies ou des instruments spécifiques pour accomplir des tâches d'apprentissage. Ces instruments peuvent être matériels (comme des outils numériques, des équipements scientifiques, etc.) ou immatériels (comme des logiciels, des plateformes en ligne, des applications éducatives, etc.). Je me pose des questions :
97 JENII VADEMECUM 2025 11.2 La collaboration interprofessionnelle sur des projets techno-pédagogiques dits « innovants » lL’ingénierietechno-pédagogiquecommeco-conception Pour concevoir les jumeaux numériques d’enseignement, une gestion de projet techno-pédagogique a été mise en place et a donné lieu à une collaboration interprofessionnelle innovante. Elle a été essentielle à la mise en œuvre du projet et fait converger les compétences des acteurs autour des finalités poursuivies (enseignement, formation, découverte). Dans le contexte de JENII, des enseignants, des ingénieurs pédagogiques, des développeurs informatiques et des ingénieurs experts de la discipline ont travaillé ensemble selon un mode de coordination des actions qui agrègent plusieurs lieux et temporalités (Visser, 2009), avec un processus d’ajustement mutuel à chacune des étapes du projet. Il s’agit d’une conception conjointe (Marquesuzaà et al., 2019) qui articule un système technique nouveau et des pratiques pédagogiques à transformer ou à créer. Il y a alors des compromis à réaliser entre des enjeux d’innovation technologique et des enjeux d’intégration dans les pratiques pédagogiques effectives des enseignants futurs usagers de la nouvelle technologie. Les conditions de réussite d’un projet techno-pédagogique sont à étudier en regardant les collaborations mises en place entre enseignants, concepteurs pédagogiques, développeurs, voire apprenants pour valider l’ergonomie de l’EIAH nouvellement conçu. Ce sera l’occasion de se rendre attentifs aux contraintes et attentes réciproques (cf. Partie1), aux mythes pédagogiques (cf. Partie 2), etc. Cette montée en compétences sur la conception de situations didactiques adaptées à de nouveaux EIAH repose sur un travail collectif reposant sur des logiques de collaborations interprofessionnelles, dans une logique de projet exigeante pour les acteurs impliqués. “Le projet JENII a été l’occasion de participer à la construction de jumeau numérique d’enseignement. Durant le projet un certain nombre d’élèves ont pu contribuer et expérimenter les compétences liées à la construction de scénarios pédagogiques pour des EVAH. Ces futurs ingénieurs ont pu découvrir la complexité méthodologique et de formalisation de ces outils qui tendent à se développer dans l’industrie. A l’issu du projet, il est intéressant de garder comme situation authentique d’apprentissage ces projets de conception et formalisation de scénarios.” (Julien, enseignant, après la séance)
98 JENII VADEMECUM 2025 QU’EST-CE QUE LA CO-CONCEPTION ? Deux types de moments de travail collectif peuvent être distingués : les moments de conception distribuée et ceux de co-conception (Darses, 2009). • Dans les moments de conception distribuée, les différents métiers de la conception travaillent sur des sous-tâches interdépendantes, avec une division du travail. • Les moments de co-conception réunissent quant à eux les acteurs pour un travail collaboratif interprofessionnel mis en œuvre le plus souvent dans des réunions, en présentiel ou en distanciel (Barcellini, 2015). C’est ce second type de travail collaboratif de co-conception qui est étudié ici pour le cas de la conception des JNE du projet JENII. Je me pose des questions : lUnesolutionacceptableetutilisable Un enjeu traverse ce travail collaboratif de conception, celui de l’acceptabilité des JNE dans les dispositifs de formation concernés (Dangouloff et al., 2025) (cf. Image 23). En effet, l’introduction d’une nouvelle technologie au sein d’une activité professionnelle n’est jamais neutre, elle demande une reconfiguration de cette activité, conduisant les professionnels à accepter la nouvelle technologie, mais éventuellement aussi à la détourner, voire à la rejeter (Bobillier-Chaumon & Dubois, 2009).
99 JENII VADEMECUM 2025 Image 23 : La co-conception comme levier de l'acceptabilité (Crédit @FDuriez)
100 JENII VADEMECUM 2025 Ainsi, dans le processus d’ingénierie pédagogique utilisant une technologie émergente, une place importante est faite à l’acceptabilité a priori de la technologie créée. L’acceptabilité pratique (cf. Encadré 5) est celle qui est sans doute la plus prise en compte dans le processus, à travers la démarche de l’expérience utilisateur : le travail se concentre sur le fait de rendre l’interface facilement utilisable pour l’utilisateur, en la concevant de la manière la plus accessible possible (Bobillier-Chaumon, 2016). Exemple 1 : Lors des réunions entre les développeurs et les enseignants du JNE de déroulage de rondins de bois, les développeurs insistent sur l’aspect intuitif et simple du scénario à prendre en main proposé dans le JNE en mode « découverte ». L’enseignant apprécie beaucoup ce côté simple d’utilisation, dans lequel il se projette bien, n’étant pas un spécialiste du développement informatique. Exemple 2 : Dans le cadre du JNE de l'usine flexible ou sur la fonderie d’Angers, les gestes fins sont difficiles à réaliser dans les environnements virtuels. Ils ne sont, en effet, pas suffisamment précis ni intuitifs. Néanmoins, l'apprentissage de ces gestes ne constituent pas des compétences recherchées dans la séquence pédagogique. Les artefacts de fantôme et d’aimantation sont alors proposés pour supporter la manipulation d’objets et les placer automatiquement dès lors qu’ils sont proches de la position attendue. Exemple 3 : Dans l'usine agile (ENSAM, Campus de Lille par exemple) un poste simule une tache au cours de laquelle l'opérateur doit visser deux pièces entre elles avec une visseuse. Dans les premières versions du JNE, le geste virtuel n'était pas ni simple ni intuitif. Des corrections ont été apportées pour le rendre plus proche du geste fait en situation réelle. ILLUSTRATIONS DE L’ACCEPTABILITÉ PRATIQUE PARMI LES JNE DE JENII
101 JENII VADEMECUM 2025 “Avec Youtube, on n’arrive pas à se déplacer à sa guise dans l’atelier qui est filmé. C’est vrai que là, on est maître de ses déplacements et que l’on peut s’arrêter sur des éléments précis qui ont été intégrés avec une intention pédagogique.” (Julien, après la séance) L’ingénierie pédagogique qui conçoit les EIAH et les situations d’apprentissage afférentes, en approfondissant cette question importante de l’acceptabilité, peut en tirer des recommandations qui serviront de points d’appui pour une appropriation par les enseignants de la nouvelle technologie créée. Mais cette seule acceptabilité pratique ne suffit pas à prédire si la technologie sera ensuite utilisée dans l’activité professionnelle. L’acceptabilité sociale, avec les intentions d’usage des professionnels, est aussi à étudier. Celle-ci traite de l’utilité perçue de la nouvelle technologie par les professionnels concernés, de son utilisabilité, c’est-à-dire de sa facilité d’utilisation perçue et du contrôle que l’utilisateur a le sentiment d’avoir sur elle, ainsi que des normes subjectives liées à cette technologie et ce qu’elle change au travail du professionnel (Bobillier-Chaumon & Clot, 2016). La conception doit alors considérer les deux critères de l’utilité et de l’utilisabilité pour anticiper les usages, même si cette anticipation ne permet pas de présager complètement de l’acceptation de la technologie en contexte de travail réel. Des exemples illustrant des conditions de l’acceptabilité sociale des JNE peuvent être tirés d’échanges réalisés avec des enseignants, en amont et en aval du premier usage pédagogique du JNE. “Je préférais avant. Là cela demande du temps, des moyens, de l’énergie. On a un ordinateur par groupe de jeunes. Donc quand il y en a un qui est sur l’ordinateur, que font les autres ? On arrive au même résultat avec une vidéo sur Youtube.” (Julien, un enseignant, en amont de la séance)
102 JENII VADEMECUM 2025 Ces discussions entre ingénieurs pédagogiques, développeurs et formateurs élargissent le répertoire de pratiques de chacun et donnent a minima de la visibilité sur les contributions de chacun, et ce que cela sous-tend en amont et en aval de l’animation. L’introduction du jumeau numérique d’enseignement dans les cours offre ainsi, au travers de ces temps de travail « interprofessionnels » (ou non), l’occasion de revisiter la pédagogie, de l’améliorer, ou en tout cas d’en expliciter les stratégies et d’optimiser l’alignement pédagogique (Lanarès et al., 2023) entre les objectifs d’apprentissage et les moyens de les atteindre. Se pose ensuite la question de la transposition informatique des intentions pédagogiques. lRevisitercollectivementlesscénariosexistantspourélaborerunevisionpartagée del’actiontechno-pédagogique Le travail collectif présente l’avantage de voir réuni autour de la table l’ensemble des parties prenantes de l’ingénierie pédagogique et de pouvoir prendre en compte les besoins, les attentes de chacun, mais d’identifier dans quelle mesure ils peuvent être satisfaits (pédagogiquement, techniquement, matériellement). Ce qui permet de définir plus précisément les contenus et modalités de mise en forme des projets. Dès le début du projet, des réunions avec les différents acteurs aident à cibler le cœur du travail de conception : évoluer à partir des objectifs généraux de formation vers des objectifs d’apprentissage précis et vers des scénarios pédagogiques qui permettent de les atteindre. Ces réunions rendent explicite le travail de conception pédagogique des cours (objectifs, scénarisation, escalier pédagogique, évaluation, médiatisation, etc.). Dans ces situations, c’est parfois même l’occasion de réfléchir à de nouvelles manières d'enseigner et de répondre autrement aux besoins des élèves en matière de modalités d'apprentissage. “Historiquement, il n’y a pas de TD, pas de TP, que des cours magistraux. (…) Un TP numérique serait très utile. Et puis, les étudiants se plaignent de ne pas avoir assez de pratique.” (Claude, un formateur)
103 JENII VADEMECUM 2025 Il ne s’agit pas de multiplier les réunions, mais de trouver le bon équilibre pour concevoir ensemble des solutions réalistes et actionnables. Image 24 : Envisager les erreurs possibles (Crédit @FDuriez) “Le scénario pédagogique est fondamental (…). Il faut numériser tous les chemins d’erreurs. Et donc il y a une grosse préparation en amont, avant de se lancer dans la création d’un jumeau. Et il faut savoir répondre à toutes les erreurs. Vous voyez, il y a vraiment cette espèce de scénario pédagogique qui n’est pas du tout linéaire, qui a plein de rues, de voies possibles sur les côtés. Et ça, ce n’est pas facile” (Anaïs, une enseignante) (cf. Image 24) “Parfois, les enseignants veulent trop faire dans l’étape du scénario, c’est trop ambitieux et impossible à développer ensuite. Ça ralentit beaucoup le travail de conception, voir ça l’arrête…” (Guillaume, un ingénieur pédagogique) QU’EST-CE QUE LA TRANSPOSITION INFORMATIQUE ? La question de la transposition informatique du scénario pédagogique est particulièrement cruciale lorsque l’on cherche à intégrer des jumeaux numériques dans les pratiques enseignantes. Cette transposition n’a rien d’intuitif. Les contraintes pédagogiques et techniques doivent trouver des compromis explicites. Je me pose des questions :
104 JENII VADEMECUM 2025
105 JENII VADEMECUM 2025 UN PROFESSEUR EXPLIQUE À SON ÉLÈVE LE FONCTIONNEMENT DU JUMEAU NUMÉRIQUE PARIS SAINT-DENIS - LE LABORATOIRE DE CHIMIE
112 JENII VADEMECUM 2025 Les JNE de l’ENSAM intègrent différentes manières de guider l’apprenant : • Le JNE de l'atelier déroulage de rondins de bois n’intègre pas de scénario guidé. Il est utilisé par l’apprenant dans un mode totalement guidé par l’enseignant. • Les JNE des ateliers de fonderie et de forgeage intègrent des scénarios guidés par un bracelet ou des tablettes que portent les apprenants au sein de l’environnement immersif. Ces artefacts guident les apprenants pas à pas pour réaliser les scénarios pédagogiques. Ils peuvent également être utilisés en mode totalement libre ou totalement guidé par l’enseignant. Dans leurs retours, les étudiants mettent l’accent sur la nécessité d’avoir accès aux consignes dans l’environnement immersif et du guidage pour réaliser les tâches demandées. • Dans les JNE de l’usine agile et flexible, les étudiants sont guidés dans l’environnement immersif à travers un zonage de couleur qui indique par exemple l’objet à utiliser et l’endroit pour le placer. Les retours formulés soulignent que ce type de guidage limite la réflexion critique et ne permet pas de faire des erreurs qui sont selon eux essentielles pour l’apprentissage. Image 29 : a) Atelier de déroulage du bois, campus de Cluny de l’ENSAM. L’apprenante est seule dans l’environnement virtuel et le formateur guide ses actions sans scénario préexistant (à gauche) ; b) Atelier de fonderie, campus d’Aix-en-Provence de l’ENSAM. L’apprenant suit les instructions données par sa montre virtuelle dans le cadre d’un scénario préexistant (à droite) A B
113 JENII VADEMECUM 2025 12 - SECONDE ÉTAPE : PRÉPARER LE CAHIER DES CHARGES ET CONCEVOIR DES SCÉNARIOS PÉDAGOGIQUES 12.1 Le scénario pédagogique lQuelquesdéfinitions Le design de l’expérience d’apprentissage s’organise au travers de scénarios pédagogiques dans lesquels sont, dans le cadre du projet JENII, mobilisées des technologies. Ce design est envisagé dans un cahier des charges. Parler de scénarisation pédagogique, c’est faire appel à une conception de l’apprentissage centrée sur l'apprenant, ou à une ingénierie pédagogique centrée sur les activités d’apprentissage que l’on va chercher à soutenir et à réguler pour atteindre les objectifs du dispositif de formation. La scénarisation pédagogique s’inscrit pour cette raison dans une culture de pédagogie active et de learning design (Baron, 2011 ; Henri & Maina, 2007 ; Paquette, 2002), qui place l’activité de l’apprenant au centre de ses préoccupations. lFaciliterlacollaboration Le travail d’ingénierie pédagogique est un travail de longue haleine et pour lequel la collaboration inter-métiers est essentielle. L’implication des différents acteurs dans les boucles de conception peut entraîner une meilleure acceptation de cette technologie émergente (utilisateurs, enseignants et étudiants). Il importe en amont de pouvoir penser le cahier des charges de la scénarisation pédagogique et obtenir en face une solution technique adaptée. “La partie pédagogique comprend le design du scénario, puis le développement, les pré-expérimentations, ou pré-tests avec deux ou trois élèves qui testent le scénario conçu. Ensuite, le scénario est retravaillé et finalisé, avant le test réel. Le test réel, c’est avec tous les étudiants d’un cours, et les enseignants, avec les techniciens pour aider avec le matériel. Ensuite, on débriefe avec les étudiants sur les axes d’amélioration, et on rédige un rapport sur ce qui fonctionne bien et ce qui doit être amélioré.” (Laurence, ingénieure pédagogique)
114 JENII VADEMECUM 2025 Les ressources d’apprentissage sont importantes, mais ne le sont qu’au regard des activités d’apprentissage qu’elles favorisent. Toute scénarisation visera donc à formaliser les interventions pédagogiques, structurer et organiser les activités d’apprentissage et rendra possible le partage et la réutilisation des activités ou des enchaînements d’activités d’apprentissage (Villiot-Leclercq, 2007 ; Villiot-Leclercq et al., 2011) suivant un scénario, ruban, story-board ou déroulé pédagogique, selon les appellations possibles. QU’APPORTE LA SCÉNARISATION DANS LE PROCESS D’INGÉNIERIE PÉDAGOGIQUE ? « La scénarisation vise à décrire et à construire, à partir d'un synopsis, le déroulement d'une situation pédagogique de manière exhaustive. Elle détaille les connaissances et les compétences visées, la stratégie pédagogique retenue, les activités prévues, le rôle des enseignants, celui des apprenants, les médias utilisés. Elle découpe en séquences la formation et prévoit les thèmes qui seront traités, ainsi que les formes sous lesquelles ils seront abordés : texte, son, illustration, vidéo, animation… Il s'agit avant tout d'un travail de conception de contenus, d'organisation des ressources et de planification de l'activité » (Ingénierie pédagogique, 2025). Je me pose des questions : En ce sens « le scénario pédagogique est le produit d’un processus de scénarisation qui précise les différents moments de la situation d’enseignement et d’apprentissage pour définir les interactions entre les différents éléments (ressources, activités, instruments, outils), les réguler, les observer, etc. » (Villiot-Leclercq et al., 2011). Il est l’occasion d’individualiser et de différencier les processus d’enseignement apprentissage. Étudier un processus d’enseignement-apprentissage ou un dispositif de formation consiste à s’interroger sur (cf. Encadré 6 et Tableau 6) : •Les objectifs d’apprentissage visés. •Les supports et les activités d’apprentissage au regard des moyens dont on dispose, • Les modalités de réalisation de ces activités, et leur organisation temporelle, • Les modalités d’évaluation des résultats attendus et atteints. Et à les réunir dans un document « cahier des charges ». Ce dernier structure le pourquoi (objectifs), le quoi (les contenus), le comment (méthodes, activités) et le pour quoi (évaluation). Il peut être représenté sous la forme d’un escalier pédagogique.
115 JENII VADEMECUM 2025 • Les objectifs d’apprentissage formalisent ce que les apprenants doivent apprendre ou être capable de faire à l’issue du dispositif de formation et sa déclinaison sous forme d’actions, de séances, de blocs compétences, etc. • Les contenus font référence aux informations et connaissances qui, structurées, mettent en musique les objectifs d’apprentissages. • Les activités pédagogiques relèvent des méthodes et des techniques mobilisées pour acquérir les connaissances qui permettront d’atteindre les objectifs d’apprentissage (exercices, debriefing, immersion, etc.). • Les stratégies d’évaluation font référence à la manière dont les acquis des apprenants seront évalués, in fine. Elles permettent de mesurer la qualité de la formation. Encadré6:Lescomposantsessentielsduscénario FONCTION EXEMPLES ÉVALUER : PROCESSUS, PRODUIT, GESTES, FLUX, COÛTS, ETC. • Expérimenter des phénomènes physiques associés à la mécanique des structures • Lancer une simulation numérique et analyser les résultats obtenus. • Analyser et coter une posture de travail • Evaluer à chaque étape des décisions prises, les répercussions sur le coût et la durée • Evaluer les difficultés à la manipulation d’une pièce par un bras robotisé. • Mener un audit de terrain simple (type gemba walk) • Repérer des sources de dysfonctionnement • Améliorer la chaîne de valeur S’ENTRAÎNER : PROCÉDURES, GESTES, POSTURES, ETC. • Pratiquer des gestes pour s’équiper et se déséquiper dans le respect des procédures de sécurité en vigueur • Réagir de manière pertinente face à une possible situation de danger. • Utiliser de manière appropriée le matériel et les appareils dans le cadre d’une expérience pratique • Acquérir les bons automatismes en termes de procédures • Mettre en route la ligne, configurer la machine et les différents paramètres de la machine • Apprendre à donner et recevoir des instructions de maintenance • Se familiariser avec les technologies de RA/RV par leur mise en œuvre REPÉRER : COMPOSANTS, STRUCTURES, FLUX, PROCÉDÉS, ETC. • Repérer les différentes étapes de la chaine de valeur • Repérer les différents procédés et matériaux ainsi que leurs caractéristiques • Préconiser, choisir et utiliser les bons EPI et EPCC (Equipements de Protection Individuels et Collectifs) • Identifier les différents éléments composant une machine Tableau 6 : Quelques exemples d’apprentissage visés dans JENII (cf. Livre blanc, 2023)
116 JENII VADEMECUM 2025 Des dispositifs sont parfois conçus « autour » d’un JNE, sans prendre suffisamment en compte le scénario pédagogique. Des limites sont ainsi perçues lors de l’observation de l’activité d’apprentissage des élèves. Exemple 1. JN Usine flexible de production (CESI) - “Une pièce vide” Situation : des élèves sont invités par leur enseignante à entrer dans le JN où ils ont pour consigne de découvrir un atelier d’assemblage. Ils commencent donc par visiter l’atelier dans tous les recoins disponibles ; si certains s’intéressent aux points d’intérêts (une procédure à lire, des composants déposés sur un plan de travail, des outils rangés dans des racks, un écran d’ordinateur, etc.), d’autres élèves voient leur attention accaparée par une pièce vide au fond de l’atelier. Ils s’interrogent, interpellent l’enseignante. Justification : Cet espace vide est dédié aux stocks. Pour des contraintes de planning, il n’a pas été possible de l’intégrer virtuellement dans cette première version du JNE. Si trop de détails ou de complexité peuvent éloigner des objectifs d’apprentissage, il est important d’avoir en tête que pour des questions de coûts, toutes les demandes ne peuvent pas toutes être prise en compte dans la virtualisation des espaces. Reproduire tous les détails du monde physique demande souvent des ressources technologiques, humaines et financières importantes. MAIS dans une nouvelle version du JNE, cet espace intègre maintenant les éléments permettant de comprendre ce concept de stock et de transitique avec un robot mobile. Ce concept est pertinent pour la compréhension d’une usine 5.0. Exemple 2. JN Fonderie rapide d’Aix-en-Provence (ENSAM) - “Protection obligatoire” Situation : les apprenants doivent réaliser une coulée en fonderie. Le scénario guidé oblige donc de suivre un processus bien défini qui représente le processus réel sécuritaire. L’apprenant doit obligatoirement avoir mis les EPI (Équipements de Protection individuelle) avant de pouvoir démarrer les réglages du four et réaliser la coulée. Néanmoins, cette règle de précédence peut ne pas être respectée dans un mode d’utilisation totalement libre. Exemple 3. JN Fonderie d’Angers (ENSAM) - “Des pièces qui flottent” Situation : les pièces peuvent être lâchées par l’apprenant et restent en suspension dans l’air. Justification : Ceci n’est pas un problème face à l’apprentissage. Il montre que le manque de fidélité présenté dans les sections précédentes n’est pas un frein pédagogique. Au contraire, cela permet parfois de faciliter la manipulation des objets, par exemple, sans être obligé de les ramasser par terre ou de les poser sur une table. ILLUSTRATIONS D’APPARENTES INCOHÉRENCES AU SERVICE DU SCÉNARIO PÉDAGOGIQUE
117 JENII VADEMECUM 2025 lL’écritureduscénariopédagogique Tout scénario pédagogique, quelles que soient les modalités de formation (distance, présence, comodalité) obéit aux mêmes règles de construction. L’écriture de scénarios organise le chemin d’apprentissage en donnant à voir où l’on va, comment on y va, et de quelle manière. Elle agence les contenus de formation, les choix d’animation, et de navigation lorsqu’elle cherche à inclure des modalités numériques d’apprentissage (cf. Tableau 7). Savoir où l’on va, comment on y va, et pourquoi on y va facilite tout à la fois le travail du formateur et celui de l’apprenant (Beau, 2008 ; Ardouin, 2023). Tableau 7 : Exemple d’objectifs définis dans le cadre d’un enseignement d’énergétique autour d’une turbomachine et son JNE, campus de Paris de l’ENSAM BESOIN EXPRIMÉ OBJECTIF DE LA FORMATION OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES (Correspondantauxséquences) Améliorer l’efficience énergétique d’une turbomachine Comprendre, modéliseretanalyser lefonctionnement d’unsystème énergétiquefluideet desescomposants • Identifier le rôle des dispositifs annexes liés aux protections et garantissant un fonctionnement sûr de la machine. • Distinguer les différents composants technologiques du banc d’essai, les nommer. • Résumer le protocole d’acquisition de données sur le dispositif de la turbine à gaz. • Calculer les états thermodynamiques du gaz (température, pression, masse volumétrique) dans chaque point du cycle. • Comparer les résultats obtenus à partir du jumeau numérique avec les données expérimentales issues de la machine physique et interpréter les raisons des différences observées. • Recommander une solution de valorisation de la chaleur perdue.
118 JENII VADEMECUM 2025 Image 30 : Le scénario pédagogique Le scénario pédagogique décrit de manière détaillée les différentes étapes de l’action ou de la séquence de formation, il organise son séquençage : objectif général, objectifs pédagogiques (cognitif, socioaffectif, psychomoteur, etc.), méthodes (actives, interrogatives, immersives, etc.), outils (synchrones, asynchrones), exercices, durée, modalités d’évaluation, planification des activités d’apprentissage, description des tâches à réaliser, etc. (cf. Image 30) Une première étape consiste à structurer les objectifs pédagogiques en éléments de contenus : quels thèmes aborder et dans quel ordre ? Ce séquencement facilite la formulation de sous-objectifs, tel un escalier pédagogique. Une fois le contenu défini, il convient de choisir les outils et modalités pédagogiques les plus adaptées pour atteindre les objectifs visés (Beau, 2008). Ce choix repose sur leur possibilité d’intégration au regard du type de public accueilli en formation, des objectifs visés et des possibilités d’hybridation des environnements d’apprentissage disponibles : le jumeau numérique et ses espaces périphériques (le jumeau physique, la salle de cours…), et de leurs possibles (présentiel, distanciel, comodal). Il est un outil permettant d’atteindre certains objectifs en l’absence d’alternative. MÉTHODES ACTIVITÉS CONTENUS MODALITÉS D’ÉVALUATION OBJECTIFS SCÉNARIO Comme toutes les technologies d’apprentissages immersifs, le jumeau numérique n’intervient pas comme une priorité dans le séquencement du processus d’apprentissage (Pour en savoir plus, lire l’annexe sur les voies de l’immersion du livre blanc (JENII, 2023)).
119 JENII VADEMECUM 2025 UN JNE EST-IL INCONTOURNABLE POUR METTRE EN ŒUVRE UN SCENARIO MOBILISANT DES TECHNOLOGIES ? Un outil est choisi et utilisé pour sa pertinence pédagogique, non parce qu’il existe. Il convient de s’interroger : Quels sont les publics concernés par mon scénario ? Leurs particularités ? Quelles sont les compétences ou apprentissages visés dans mon scénario ? Quels sont les thèmes abordés et les contenus didactiques ? Quelle place ont-ils dans le scénario global ? Quelles sont leur articulation avec d’autres apports didactiques ? Quelle sera l’organisation technique et temporelle ? Quel matériel sera à ma disposition ? Quelles modalités d’évaluation dois-je envisager ? Toutes les réponses à ces questions prennent place dans le cahier des charges. Je me pose des questions : 12.2 Le cahier des charges de la formation : contexte et analyse du besoin Un cahier des charges de formation est un document qui définit de manière détaillée et précise les attentes, les objectifs et exigences relatives à une action de formation en appui sur trois types de principes (cf. Tableau 8). PRINCIPE OBJECTIF Principedeclarté etdecohérence Il sert à cadrer le projet de formation et à garantir que toutes les parties prenantes (employeur, formateur, apprenants, commanditaires, prestataires, etc.) ont une vision claire des attentes et des critères à respecter pour le bon déroulement de la formation. Principed’évaluation Il sert de référence pour évaluer la formation que cela soit en termes de résultats, de transfert ou de satisfaction. Principed’organisation etdeplanification Il sert à structurer la formation de manière logique en tenant compte des contraintes de temps, de budget et de ressources.
120 JENII VADEMECUM 2025 lLepubliccible Analyser le public est une étape cruciale en ingénierie pédagogique, car cela permet de concevoir des formations adaptées aux besoins, aux attentes et aux caractéristiques des apprenants. L'objectif est d'optimiser l'efficacité de la formation (cf. Tableau 9). Pour que les développeurs puissent proposer des solutions techniques permettant de répondre aux besoins des enseignants (ou des ingénieurs pédagogiques), il importe de soigner le cahier des charges (description du contexte d’enseignement, des contraintes et moyens, formalisation des objectifs, etc.). Lors de cette première étape, l’enseignant anticipe un maximum d’éléments pour créer le scénario pédagogique le plus en lien avec ce qu’il vise comme situation ou apprentissages. Il s’agit de présenter la situation actuelle, les besoins identifiés, les problématiques à résoudre, les opportunités et les bénéfices attendus de la formation (Ardouin, 2023). L’intérêt de toute méthode, technique ou contenu pédagogique est de répondre à un problème d’apprentissage. Ce problème d’apprentissage s’inscrit dans un contexte d’enseignement spécifique. Il n’est pas possible, par exemple, de proposer les mêmes problèmes et conditions de résolution à des premières ou dernières années d’école d’ingénieur. Il est donc important de décrire précisément le contexte d’enseignement pour dimensionner correctement le projet et évaluer sa pertinence. Il est important que ce projet suive une démarche d’ingénierie pédagogique précise (analyse des besoins, objectifs et activités d’apprentissage, ressources disponibles, modalités d’évaluation, etc.). EFFECTIF ET COMPOSITION DU GROUPE Nombre Profils Parcours NIVEAU DE CONNAISSANCES Degré de familiarité des étudiants avec le sujet principal Disparités de connaissances au sein du groupe Prérequis de la formation ORGANISATION PÉDAGOGIQUE Anticipation des implications sur l'organisation des sessions et le suivi individuel (nombres et types de sous-regroupement) Tableau 9 : Décrire le public de la formation
121 JENII VADEMECUM 2025 lDétaillerlecursus,laformation Détailler le cursus est également une étape essentielle. Cela permet d’inscrire l’usage prévu dans un ensemble plus vaste, de construire des liens avec des éléments de programme ou d’autres cours par exemple. C’est également l’occasion de faire le point sur les éventuels usages des technologies dans les enseignements (JN, robot, simulateur, etc.) et ce qui a pu les compliquer ou les faciliter (cf. Tableau 10). lRépertorierlesressources Il s’agit de déterminer les ressources nécessaires à la mise en œuvre de la formation (formateurs, intervenants, supports, équipements, budget…) (cf. Tableau 11). NIVEAU DE FORMATION Bachelor, Master, stage de formation continue TYPE DE FORMATION Initiale, continuée, en alternance PRÉSENCE Obligatoire, facultative FORMATS PÉDAGOGIQUES Présentiel, distanciel, comodal MÉTHODES PÉDAGOGIQUES Cours magistral, TP, séminaire RÈGLEMENT Réglementations éventuelles LIENS Liens avec les autres enseignements du cursus HISTORIQUE D'UTILISATION Usages antérieurs des jumeaux numériques Retours d'expérience Points d'amélioration potentiels RESSOURCES MATÉRIELLES Infrastructure physique Nombre et taille des salles Connectivité Accessibilité Équipement technique Matériel informatique disponible Capacité des serveurs et qualité du réseau Equipements spécialisés disponibles (casques de réalité virtuelle…) RESSOURCES HUMAINES Enseignants impliqués Rôle Mission Compétences Tableau 10 : Détailler le cursus de formation Tableau 11 : Les ressources de la formation
128 JENII VADEMECUM 2025 “Je trouve que le JNE permet de découvrir une machine et un procédé de manière captivante et ludique sur n’importe quel campus” (Victor, un étudiant) “L’avantage d’un JNE est de répéter des expériences sans utiliser de la matière ou dégrader des outils” (Laurence, ingénieure pédagogique) Objectif Évaluer le niveau « Réaction » et le niveau « Apprentissage » sur un JN afin de déterminer pour quels types d’apprentissages il est pertinent et efficace par rapport à d’autres médias pédagogiques existants. Méthode Comparaison de quatre supports pour un même contenu : • PowerPoint • Jumeau numérique version PC • Jumeau numérique en réalité virtuelle • Machine réelle (UAFAM) Des apprenants aux profils comparables ont été répartis aléatoirement dans les quatre conditions. Leur réaction et leur apprentissage ont été évalués via un questionnaire. Réactions mesurées • Charge cognitive • Intérêt et plaisir • Compétence perçue • Valeur perçue • Tension ressentie Apprentissages mesurés • Connaissances factuelles • Connaissances conceptuelles • Connaissances spatialisées • Transfert de connaissances ILLUSTRATIONS D'ÉVALUATION DU JNE ATELIER FABRICATION ADDITIVE UAFAM (CESI)
129 JENII VADEMECUM 2025 Concernant les catégories d’acquis d’apprentissage, il est utile de distinguer : • Les acquis essentiels, qui visent le niveau de performance minimum ; • Les acquis importants, mais pas indispensables qui visent un niveau de performance plus élevé ; •Les acquis utiles, mais complexes et non essentiels, que seuls certains étudiants atteindront et qui constituent le niveau de performance maximum. Résultat Réaction Pas de différence significative sur la charge cognitive ni la tension perçue entre les conditions. Le JN en réalité virtuelle suscite plus d’intérêt, de plaisir, de compétence perçue et de valeur perçue que les autres médias. Apprentissage Le PowerPoint favorise l’acquisition de connaissances factuelles par rapport aux autres supports. Le JN sur PC et la machine réelle favorisent les connaissances conceptuelles, spatialisées et le transfert par rapport au PowerPoint et la réalité virtuelle. Conclusion Dans notre contexte, l’utilisation du JN n’est pas nécessaire pour l’acquisition de connaissances factuelles simples (dates, terminologie, définitions). En revanche, pour développer des connaissances conceptuelles (comprendre des phénomènes physiques, relations entre machines) et favoriser le transfert vers de nouvelles situations, l’usage de médias immersifs est pertinent. Une vigilance est toutefois nécessaire avec la réalité virtuelle : malgré un intérêt et un plaisir accru, les résultats d’apprentissage sont inférieurs à ceux obtenus avec le JN sur PC ou la machine réelle. Nos résultats suggèrent que cette limite est liée à une surcharge affective plutôt qu’à une surcharge cognitive. Il est donc essentiel d'accompagner les émotions des apprenants pour optimiser les bénéfices du JN en réalité virtuelle (cf. Paragraphe 4.c) Gérer les émotions des apprenants.
130 JENII VADEMECUM 2025
131 JENII VADEMECUM 2025 UN APPRENANT MANIPULE LE JUMEAU NUMÉRIQUE « USINE FLEXIBLE 7.0 » VIA DESKTOP CESI ROUEN - USINE FLEXIBLE
132 JENII VADEMECUM 2025 13 - TROISIÈME ÉTAPE : OPTIMISER L’APPRENTISSAGE AVEC DES JNE Après les étapes de conception de séances pédagogiques avec un JN vient le moment d’utilisation du JN par les étudiants, en autonomie ou avec la présence de l’enseignant. Des recommandations ont pu être synthétisées à partir des observations de cours avec des JN menées lors du projet JENII. Lesleviers d’action principaux sont proposés ci-dessous, ainsi que des gestes professionnels spécifiques à l’animation de séances de cours avec un JN, qui permettent d’optimiser l’apprentissage des étudiants.
133 JENII VADEMECUM 2025 13.1 Se poser des questions Nous avons vu que le scénario pédagogique est un élément clé dans la conception d’une formation et qu’il se présente comme une opportunité de répondre à un certain nombre de questions auxquelles il est important de répondre : • Quel est le contexte de la formation ? Dans quel cadre s’inscrit cet enseignement ? Quel bloc ? Quelle Unité d’enseignement ? • Qui sont les apprenants ? • Quelles sont les connaissances à acquérir ou les compétences à mobiliser ? Quelles sont les relations entre elles ? Est-ce qu’il y a des prérequis ? • Quel est l’objectif général de formation ? Quels sont les objectifs intermédiaires ou pédagogiques ? • Quelles sont les activités et contenus d’apprentissage qui vont permettre l’atteinte de ces objectifs ? Une progression est-elle à envisager ? • Comment réguler l’activité de l’apprenant ? Comment évaluer ses connaissances ? • Comment évaluer le dispositif ? Quand l’évaluer ? Quoi évaluer ? Quelle méthode utiliser ? Parce que l’environnement est techno-pédagogique, d’autres questions propres à la mobilisation d’un EIAH se posent : • À quelles conditions organisationnelles, matérielles, logistiques, humaines le dispositif technique permet-il d’atteindre les objectifs visés ? • Les interfaces d’accessibilisation permettent-elles de régler les problématiques rencontrées ? • Une utilisation flexible est-elle possible ? Individualisée ? Quelles sont les fonctionnalités offertes ? • Quels modes de régulation et d’accompagnement des apprenants faut-il prévoir ? Quels sont les obstacles qui peuvent être rencontrés ? Quels sont les leviers qu’il est possible d’activer pour surmonter ces obstacles ? • Quels sont mes interlocuteurs en cas de difficulté technique, pédagogique, didactique, etc. ?
134 JENII VADEMECUM 2025 Le cas de CAP’VR Laboratoire de chimie (CNAM) L’utilisation d’une balance de précision et d'un montage à reflux est essentielle pour les expériences de chimie.Le module de pesée sur la balance de précision permet à l’apprenant de peser les réactifs dans des conditions d’utilisation correctes et avec les spatules adaptées. Une tolérance de (plus/moins) 5% en masse est acceptée pour la mesure. Pour le module de montage à reflux, l’apprenant est guidé pour utiliser correctement le matériel nécessaire pour réussir l’opération (réfrigérant, thermomètre, bouchon) et faire les gestes nécessaires tels que l’ajout des réactifs dans le ballon tricol, la solubilisation dans un solvant adapté et la mise en agitation ainsi que le chauffage du mélange réactionnel. Un changement de couleur indique à l’apprenant que la tartrazine a été formée. Le cas du TP programmation robotique JN Unité Flexible de Production (CESI) Dans le cadre du projet système automatisé, les étudiants doivent apprendre à programmer un bras robotique pour réaliser des opérations de saisies et de déplacements d’un objet. Dans le cadre d’une séance de travaux pratiques, à partir de l’analyse et de la représentation sous forme d’un GRAFCET des différentes étapes de ce processus à automatiser, les étudiants viennent découvrir la programmation du robot dans le JNE en combinant des actions de manipulation en RV pour positionner la pince du robot et définir des points de passages, à de la programmation dans l’interface du robot. Les étudiants ont accès à des programmes d’exemple ainsi que de la documentation technique à consulter. Lors de ces séquences en groupe, les étudiants peuvent tester, sans risque, les programmes développés et un enseignant peut venir les guider si nécessaire. Image 32 : Capture d’écran du logiciel de bras robot ILLUSTRATIONS DE SCÉNARIOS ASSOCIÉS AUX JENII
135 JENII VADEMECUM 2025 A B Le cas du JN Atelier Usinage Haute Performance Le JN Usinage peut être couplé au jumeau physique, c’est-à-dire la machine-outil à commande numérique réelle, ainsi qu’à un simulateur de commande numérique. Dans ce dernier cas, le JNE permet à l’utilisateur d’accéder à des grandeurs physiques dont le simulateur de commande est dépourvu : efforts, puissance, énergie, qualité de surface, etc. La dualité de ce JNE permet, dans un contexte d’apprentissage, à un étudiant de pratiquer la manipulation de la machine assistée du JNE en salle informatique avant de passer sur la machine réelle et de constater la pertinence de ses choix opératoires et des paramètres retenus. Ces possibilités permettent également des démarches d’optimisation opératoire, ainsi que la confrontation de la simulation et du réel, et par conséquent, la pratique d’une démarche de modélisation. Image 33 : Machine d’usinage à commande numérique a) simulateur b) jumeau numérique
136 JENII VADEMECUM 2025 13.2 Faire le point sur les scénarios en fonction des modalités d’interaction Il existe plusieurs modalités d’interactions permettant de s’immerger dans le JN, ce sont des degrés de contrôle (Cahagne & Fuzet, 2022) qui guident l’expérience d’apprentissage. • Un univers libre L’étudiant choisit où il veut aller, dans l’ordre qu’il souhaite, l’enseignant utilise comme il lui semble pertinent le jumeau numérique, en donnant des consignes aux étudiants en dehors du jumeau numérique, par écrit ou par oral. • Un parcours linéaire Les interactions s’enchainent les unes après les autres dans une progression prévue à l’avance. Dans ce type de scénario, les apprenants suivent un chemin prédéfini, avec des étapes séquentielles.Il n’y a pas d’option de retour en arrière ou de branchement; l'apprentissage se fait de manière progressive. Ce type de scénario est souvent utilisé dans des formations structurées, où chaque étape dépend de la précédente (par exemple, une formation technique ou scientifique). • Un parcours semi-dirigé Les interactions sont en partie libres, en partie imposées. • Un scénario à embranchements Les choix réalisés par l’étudiant à certains moments de la formation conditionnent son chemin d’apprentissage. En d’autres termes, l’apprenant prend des décisions qui influencent la direction que prend le parcours, en fonction de ses réponses, de ses connaissances, ou de ses préférences.
137 JENII VADEMECUM 2025 Un parcours libre sera plus adapté aux apprenants autonomes, tandis qu'un parcours dirigé sera préférable dans des situations où l'apprentissage nécessite un contrôle strict. Les parcours semi-dirigés offrent un équilibre entre la liberté de l'apprenant et un certain encadrement. Et quelle que soit la structure du scénario, toujours prévoir une phase « d’embarquement » pour permettre la prise en main des outils de l’environnement virtuel (clavier-souris ou casque-manettes), à passer pour les étudiants qui connaissent déjà le maniement du matériel. Image 34 : JNE de l’usine agile, campus de Lille de l’ENSAM. L’apprenant suit un parcours linéaire guidé par un zonage de couleur bleue qui indique l’objet à utiliser et l’endroit pour le placer.
144 JENII VADEMECUM 2025 lLimiterl’explorationd’élémentsnonessentielsauxobjectifsd’apprentissage Pendant la séance, l’enseignant a un rôle fondamental pour la réussite de l’activité avec le JN. En effet, même si le scénario choisi peut laisser une grande autonomie aux étudiants pour réaliser l’activité, l’enseignant doit réguler la séance en observant les étudiants et en les recentrant sur les objectifs d’apprentissage. L’enseignant peut : • Insister sur le timing à respecter L’enseignant a donné un timing lors du briefing, mais tout au long de la séance il peut le réajuster, rappeler aux étudiants le temps restant, leur proposer d’accélérer ou au contraire d’approfondir un élément. Selon les groupes, les consignes de temps seront différentes, pour permettre à tous d’arriver au point voulu à la fin de la séance. • Rappeler pendant la séance les objectifs d’apprentissage Même si les objectifs d’apprentissage ont été clairement définis et présentés au début de la séance, pendant le briefing, il est utile de les rappeler pendant le déroulé de la séance, en particulier quand l’enseignant voit des groupes s’éloigner des objectifs ou perdre trop de temps sur des points annexes. • Recentrer les étudiants qui se déconcentrent dans le JN Certains étudiants peuvent partir dans une exploration de l’environnement virtuel proposé, au point de s’éloigner de l’objectif de la séance. L’enseignant doit alors leur rappeler qu’il s’agit d’utiliser le JN pour atteindre des objectifs d’apprentissage précis et non pour le découvrir en tant qu’environnement virtuel. Il peut leur proposer de le découvrir sur un autre temps, en autonomie.
145 JENII VADEMECUM 2025 l EstimerlesbesoinsdeguidancedansleJN L’enseignant peut estimer les besoins de ses étudiants, en particulier s’ils ont besoin de plus ou moins de guidance dans leur activité avec le JN. L’enseignant peut : • Diminuer le nombre de points d’intérêts (POI) Selon le JN dont dispose l’enseignant, il peut pendant la séance enlever des points d’intérêts, ou simplement indiquer aux étudiants de ne pas explorer tel ou tel point d’intérêt. • Afficher les points d’intérêt dans un ordre donné L’enseignant peut aussi proposer un ordre de circulation dans le JN, pour aller d’un point d’intérêt à un autre. Cela peut être simplement des consignes à l’oral, ou des fiches distribuées aux groupes selon leur niveau d’avancée dans le scénario : les groupes les plus efficaces avec le JN peuvent ne pas avoir de précision, tandis que des groupes moins rapides peuvent se voir proposer une fiche avec un ordre à suivre pour les points d’intérêt, leur permettant de se diriger plus efficacement. • Proposer plusieurs scénarios avec plus ou moins de guidance Une différenciation peut être proposée pendant la séance, selon les différents niveaux d’avancée et de compréhension des étudiants. L’enseignant a par exemple des fiches de plusieurs scénarios avec des niveaux de difficulté, qu’il propose aux étudiants selon leurs besoins. Selon le JN, cela peut aussi être des scénarios déjà entrés dans le logiciel, que l’enseignant peut choisir pour les étudiants, ou que ces derniers peuvent eux-mêmes sélectionner. • Insister dans le débriefing sur les points d’apprentissage à maîtriser Si l’enseignant a vu pendant la séance beaucoup d’étudiants en difficulté dans l’activité proposée, il peut choisir d’arrêter plus tôt l’utilisation du JN pour revenir en grand groupe sur les points d’apprentissage qu’il faut maîtriser.
146 JENII VADEMECUM 2025 l Gérerlesémotionsdesapprenants L’utilisation d’un environnement inhabituel voire innovant peut être une source d’émotions particulières pour les étudiants, comme toute situation d’enseignement sortant de l’ordinaire. Cela peut être anticipé par l’enseignant, et géré ensuite pendant la séance. L’enseignant peut : • Diminuer le premier temps de découverte du JN chez les étudiants qui montrent des émotions excessivement joyeuses… C’est ici que l’expertise de l’enseignant peut s’exercer, par l’observation de la mise au travail des étudiants. Si certains se lancent dans une exploration ludique de l’environnement virtuel, oubliant les objectifs pédagogiques de la séance, l’enseignant peut les repérer et aller les recentrer sur le travail à réaliser. • Limiter les émotions désagréables de frustration en prévenant de la faible ludicisation Pour des étudiants ayant l’habitude des jeux vidéo ou ayant déjà testé des environnements virtuels dans des contextes ludiques, il peut y avoir une certaine déception à la découverte d’un JN dont l’usage est pédagogique et non ludique. Le fait de prévenir en amont, et de rappeler pendant la séance que l’environnement virtuel proposé a un but pédagogique et ne vise donc pas une immersion virtuelle de la qualité d’un jeu vidéo peut être un geste professionnel utile.
147 JENII VADEMECUM 2025 lMaîtriserleséquipementstechniques Un JN est une technologie nouvelle dans une séance pédagogique : elle demande une certaine anticipation et une adaptation pendant son utilisation. L’enseignant peut : • Prévoir un temps de préparation en amont Trois manières de procéder sont envisageables pour l’enseignant afin que les équipements techniques fonctionnent comme prévu pendant sa séance. La première manière est de préparer en amont lui-même le matériel, en venant en avance pour vérifier que les équipements de XR sont bien à jour, que les logiciels installés sur les ordinateurs fonctionnent, que le réseau marche bien. Il peut aussi déléguer ces tâches à des personnels chargés des équipements techniques. Une autre solution est de charger les étudiants eux-mêmes de télécharger les logiciels sur leurs ordinateurs quand c’est possible, ou de leur donner des équipements de XR à mettre à jour et à apprendre à utiliser en autonomie, avant la séance. • Prévoir des tâches alternatives s’il y a des problèmes liés aux équipements Comme toute séance pédagogique, même si l’enseignant a anticipé un maximum d’éléments, des imprévus peuvent toujours surgir… Et dans le cas des JN, il s’agit souvent de problèmes liés aux équipements techniques. Il faut donc prévoir des tâches alternatives quand le logiciel ne fonctionne pas, quand il y a une saturation du réseau, ou des casques qui tombent en panne. Avoir des fiches écrites disponibles, pouvoir projeter une vidéo du JN, proposer d’autres exercices sont autant d’alternatives qui rassurent dans le cas d’un problème durable lors de la séance. LES ÉMOTIONS SONT-ELLES UTILES POUR APPRENDRE ? Les émotions peuvent soutenir ou freiner l’engagement cognitif lors de la construction de connaissances selon leur intensité, leur valence et les capacités d’autorégulation de l’apprenant (Plass & Kalyuga, 2019). Il est donc judicieux de mobiliser des émotions positives, comme la joie ou l’intérêt, à condition qu’elles soient orientées vers les éléments pertinents de la leçon, et non vers des aspects superficiels (Plass & Kaplan, 2016). Cette vigilance est d’autant plus importante dans les environnements immersifs, où les apprenants peuvent être tentés de jouer avec l’immersion sensorielle, en se laissant porter par l’exploration (Mayer et al., 2022). Pour recentrer l’attention, on peut s’appuyer sur des stratégies génératives qui favorisent une réappropriation active du contenu plutôt que de le recevoir passivement (Conrad et al., 2024). Réalisation de fiches résumé structurées, cartes mentales, auto-interrogation ou explication à un pair en sont quelques exemples (Fiorella & Mayer, 2016). Ces activités trouvent toute leur place dans un environnement immersif. Lors d’une expérimentation menée sur le jumeau numérique de l’atelier de forgeage VULCAIN, des apprenants étaient invités à produire un « résumé immersif » en combinant auto-explication orale couplée à des gestes et manipulations. Insérée à des moments précis, cette activité favorise un ancrage multi-sensoriel et situé : verbal par la parole, visuo-spatial via l’environnement 3D, et moteur à travers les actions réalisées par l’avatar. Une telle combinaison, rendue possible par l’immersion, permet une construction des connaissances plus robuste qu’un traitement par une seule modalité (Fiorella, 2023). Je me pose des questions :
148 JENII VADEMECUM 2025 13.5 Instaurer un climat de sécurité (cf. Image 37) Lorsque le JNE est utilisé en mode réalité virtuelle sous casque, il est important de prendre quelques précautions, de rassurer les étudiants si besoin (utilisation et usage des casques, accessibilité, etc.) et de permettre un déploiement des activités en sécurité (espace, déplacements, etc.). • Gérer l’espace Prévoir l’espace nécessaire à l’utilisation sans risque des équipements de XR. • Annoncer les règles de fonctionnement des activités Installer des règles dans l’utilisation des casques, se montrer en exemple en l’utilisant devant les étudiants. • Donner un timing global de la séance Préciser aux étudiants le temps imparti pour réaliser l’exercice demandé avec le JN est important, tout comme le fait de réguler ensuite durant la séance en conseillant d’accélérer ou au contraire en demandant à un groupe de réaliser avec plus de précision le travail demandé dans le JN. • Nettoyer les casques Pour des questions d’hygiène, de confort et de durabilité, il est important de procéder au nettoyage régulier des casques : - ils sont en contact avec les visages (nez et front en particulier). Un mauvais entretien peut conduire au développement de bactéries ; - des traces de doigts, de poussière ou de saleté peuvent s’accumuler et nuire à la clarté des images. Un bon nettoyage favorise une expérience visuelle plus confortable ; - une accumulation de saletés peut affecter les composants du casque (lentilles, capteurs, rembourrage, etc.) et endommager le matériel. • Rassurer Ne pas supposer que tous les étudiants savent utiliser les commandes principales pour naviguer dans un environnement virtuel... Donner les consignes à tout le monde et prévoir un temps d’apprentissage avec les manettes et des exercices dédiés. • Offrir des alternatives en termes d’accessibilité et d’utilisation pour que tous les membres du groupe puissent participer. • Attribuer des rôles Il n’est pas toujours possible de profiter du JNE tous ensemble, au même moment. Il est important de donner des rôles explicites (prise de notes, prise de photos de l’écran, gestion du temps...) pour que chacun se sente impliqué dans l’expérience. Parce que tout le monde ne peut que très rarement vivre l’expérience immersive au même moment, il est important de limiter le temps d’attente en faisant tourner les rôles (en particulier avec le casque). • Composer des groupes homogènes (ou pas) Penser à la composition des groupes selon les savoirs psychosociaux visés (si pas de savoir liés au travail en groupe imposé, laisser chacun choisir son groupe...)
149 JENII VADEMECUM 2025 Image 37 : Entretenir un climat de sécurité avec les JNE (Crédit @FDuriez)
150 JENII VADEMECUM 2025 CONCLUSION
151 JENII VADEMECUM 2025 Le projet JENII (Jumeaux d’Enseignement Numériques Immersifs et Interactifs) marque une avancée significative dans l'intégration des technologies numériques dans l'enseignement supérieur. En développant et en expérimentant 15 jumeaux numériques d’enseignement (JNE) dans des établissements qui forment des scientifiques, technologues, ingénieurs tels que l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (ENSAM), le Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM), et le CESI, avec le soutien du Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA), ce projet a démontré le potentiel des JNE pour soutenir la transformation des pratiques pédagogiques. Les résultats obtenus au cours de ce projet sont multiples et variés, touchant à la fois les aspects pédagogiques, technologiques et organisationnels. Les JNE développés ont permis de créer des environnements d'apprentissage immersifs et interactifs, offrant aux étudiants de nouvelles expériences d'apprentissage. Ces environnements permettent de simuler des situations complexes et souvent inaccessibles dans un cadre traditionnel, comme la découverte de l'intérieur d'un réacteur ou d’un moule dans lequel s’écoule un métal en fusion, la manipulation de matières dangereuses ou de machines d’usinage et d’impression 3D complexes en toute sécurité.
152 JENII VADEMECUM 2025 Les retours d'expérience des enseignants et des étudiants ont été très positifs. Les enseignants ont souligné l'originalité des expériences d'apprentissage offertes par les JNE, qui permettent de faire des erreurs sans risque pour la sécurité et d'apprendre de manière plus concrète et pratique. Les étudiants, quant à eux, ont apprécié la possibilité de s'immerger dans des environnements réalistes et de manipuler des objets virtuels, ce qui a renforcé leur compréhension des concepts théoriques et leur motivation à apprendre. Le projet JENII a également permis d'identifier et de surmonter plusieurs défis liés à l'intégration des JNE dans les pratiques pédagogiques. Parmi ces défis, on peut citer, l’intégration de modèles physiques capable de reproduire le comportement des jumeaux physiques, les capacités de calculs et de communication en temps réel d’informations entre jumeau numérique et jumeau physique, la nécessité de former les enseignants à l'utilisation de ces nouvelles technologies, les contraintes logistiques liées à l'installation et à la maintenance des équipements, les méthodes d’évaluation de l’usage et le niveau d’apprentissage des JNE. Pour répondre à ces défis, le projet a mis en place plusieurs solutions innovantes. Par exemple, des scénarios pédagogiques modulaires et flexibles ont été développés, permettant aux enseignants de choisir et d'adapter les contenus en fonction de leurs besoins spécifiques, ou aux apprenants de se diriger en fonction des points d’intérêt qu’ils souhaitent découvrir ou approfondir. De plus, des formations dédiées ont été organisées pour aider les enseignants à s'approprier les JNE et à les intégrer dans leurs cours.
153 JENII VADEMECUM 2025 Enfin, des collaborations interprofessionnelles ont été encouragées, réunissant des enseignants, des ingénieurs pédagogiques, des développeurs et des experts métiers pour co-concevoir des solutions pédagogiques adaptées. Les perspectives offertes par les JNE sont prometteuses et ouvrent de nouvelles voies pour l'enseignement supérieur. Les JNE permettent non seulement de former les étudiants aux technologies de l'industrie du futur, mais aussi de les préparer à utiliser ces outils dans leur futur environnement professionnel. Ils favorisent également l'individualisation des parcours d'apprentissage, en offrant des scénarios adaptés aux besoins et au niveau de chaque étudiant. Pour maximiser l'impact des JNE, il est essentiel de continuer à investir dans la recherche et le développement de ces technologies, ainsi que dans la formation des enseignants (ingénierie pédagogique et didactique, animation). Il est également important de promouvoir une culture de l'innovation pédagogique, en encourageant les enseignants à expérimenter de nouvelles approches et à partager leurs expériences et leurs bonnes pratiques. En conclusion, le projet JENII a démontré le potentiel des jumeaux numériques d’enseignement pour révolutionner les pratiques pédagogiques. Les résultats obtenus montrent que les JNE peuvent enrichir les expériences d'apprentissage, favoriser l'engagement des étudiants et préparer les futurs professionnels aux réalités de leur métier. Nous espérons que ce vadémécum suscitera des envies aux acteurs de l'enseignement secondaire et supérieur à s'engager dans cette voie et à explorer les possibilités offertes par les JNE avec leurs spécificités technologiques et pédagogiques.