Promoting students’ engagement and reflection with learning analytics in inquiry-based learning

Les travaux pratiques représentent une composante incontournable de l'apprentissage. Toutefois, leur mise en œuvre au sein de laboratoires physiques requiert des infrastructures souvent coûteuses pour les institutions de formation qui peuvent ainsi difficilement faire face à la forte augmentation du nombre d'étudiants. Dans ce contexte, les laboratoires virtuels et distants (VRL) représentent une alternative pour assurer le passage à l'échelle des activités pratiques à moindre coût. De nombreux travaux de recherche ont émergé au cours de la dernière décennie en se focalisant sur les problématiques techniques et technologiques induites par ces nouveaux usages, telles que la fédération, la standardisation, ou la mutualisation des ressources de laboratoires. Cependant, les récentes revues de littérature du domaine mettent en exergue la nécessité de se préoccuper davantage des facettes pédagogiques liées à ces environnements informatiques innovants dédiés à l'apprentissage pratique. Dans cet objectif, nos travaux exploitent les traces issues des activités réalisées par les apprenants lors de sessions d'apprentissage pratique pour mettre en œuvre les théories socio-constructivistes qui sont au cœur de l'apprentissage exploratoire, et ainsi favoriser l'engagement et le processus de réflexion des étudiants. À partir de la littérature traitant des relations sociales entre apprenants, nous identifions dans un premier temps un ensemble de critères pour la conception de systèmes d'apprentissage pratique engageants. En s'appuyant sur une architecture de cloud computing, nous avons ensuite réalisé Lab4CE, un environnement web pour l'enseignement de l'Informatique capable de masquer la complexité des tâches de gestion des laboratoires, mais surtout d'exposer des capacités éducatives avancées. En effet, Lab4CE repose sur les Learning Analytics pour supporter différentes formes d'apprentissage telles que la collaboration, la coopération ou l'entraide entre pairs, mais également pour fournir des outils d'awareness et de réflexion visant à promouvoir l'apprentissage en profondeur pendant et après les activités pratiques. Plusieurs expérimentations en contexte d'apprentissage réel et présentiel montrent une évaluation positive de Lab4CE par les apprenants en terme d'utilisabilité, qu'ils s'appuient de manière significative sur nos outils d'awareness et de réflexion, mais que des artefacts supplémentaires sont nécessaires pour accroître leur engagement spontané dans des interactions sociales d'apprentissage. De plus, ces expérimentations soulignent l'existence d'une corrélation significative entre l'engagement des étudiants dans la plateforme et les stratégies d'apprentissage qu'ils mettent en œuvre d'une part, et leur performance académique d'autre part. Ces premiers résultats nous permettent d'affirmer que les théories socio-constructivistes sont un levier à l'engagement et à la réflexion dans les VRL. Ils nous invitent à confronter notre approche à d'autres modalités d'apprentissage, mais aussi à intégrer de nouvelles sources d'informations pour approfondir nos analyses du comportement et ainsi renforcer nos contributions à une meilleure prise en compte de l'apprentissage pratique dans les EIAH.Practical activities, used in exploratory learning, represent a major component of education: they make learners acquire not only knowledge, but also skills and attitude, and they help them bridging the gap between theories and the real world within they are applied. However, the physical laboratories hosting these activities rely on expensive infrastructures that make very difficult for institutions to cope with the high increase of the students' population. Within this context, virtual and remote laboratories (VRL) bring an affordable alternative to provide practical activities at scale. Numerous research works have come up for the last decade; they mainly focused on technological issues such as the federation of remote laboratories, their standardization, or the pooling of the resources they provide. Nevertheless, the recent literature reviews highlight the need to pay more attention to the educational facets of these innovative learning environments. With that purpose in mind, our works make use of the learners' traces collected through their practical learning sessions to sustain socio-constructivist theories, on which practical activities rely on, and thus to engage students in their learning tasks and further their reflection. Starting from the study of scientific research, we identify as a first step a set of criteria required to design practical learning systems that support social interactions between learners. We then developed Lab4CE, a web-based environment for Computer Science education. This environment relies on a cloud computing architecture to provide learners with their own virtual resources, and hides the complexity of the inherent management tasks while offering advanced educational capabilities. Indeed, Lab4CE builds on learning analytics to enable different forms of learning such as collaboration, cooperation, or peer assistance, but also to supply learners as well as teachers awareness and reflection tools that aim at promoting deep learning during and after practical activities. We carried out several experimentations in authentic and hands-on learning contexts. They stressed the fact that learners evaluate positively the usability of Lab4CE, and they significantly rely on our awareness and reflection tools. However, extra artifacts are required to increase their spontaneous engagement in social learning interactions. Moreover, theses experimentations suggested a significant correlation between, on the one hand, student's activity in the environment and the learning strategies they apply and, on the other hand, their academic performance. These first results allow us to assess that socio-constructivist theories leverage engagement and reflection within VRL. They also invite us to put our approach into practice in other learning settings, but also to extend the sources of information to deal with our behavioral analyses in depth, and thus to enhance our contributions regarding the adoption of practical learning within technological environments