Extended Reality in Collaborative Learning Applications: Evaluating the Interplay Between Attention, Engagement, and Learning

Jury

• M. David PANZOLI, Professeur, IRIT, équipe REVA, Toulouse, Rapporteur
• M. Pablo FIGUEROA, Professeur, Universidad de los Andes, Colombia, Rapporteur
• Mme Anastasia BEZERIANOS, Professeure, Université Paris-Saclay, LISN, INRIA, Examinatrice
• Mme Stéphanie FLECK, Professeure, Université de Lorraine – PERSEUS, Examinatrice
• M. Julien NELSON, Professeur, Université Paris-Cité, Centre Borelli, Examinateur

Mots-clés

Réalité étendue (XR), Réalité Virtuelle (VRVirtual Reality)  , apprentissage collaboratif, engagement des utilisateurs, attention, apprentissage synchrone, apprentissage à distance.

Résumé

L’intégration des technologies de Réalité Étendue (XR) dans les environnements éducatifs promet de transformer l’apprentissage à distance en offrant des interactions immersives et spatiales. Cependant, cette transition introduit un défi critique : le “Paradoxe Attentionnel”. Si la collaboration synchrone en réalité virtuelle (VRVirtual Reality) renforce la motivation et le sentiment de co-présence, elle fragmente simultanément l’attention visuelle et impose une lourde charge cognitive liée à la coordination sociale et à l’ancrage spatial des apprenants. De plus, la littérature scientifique actuelle souffre d’un double déficit : une forte surreprésentation des scénarios individuels (le “Paradigme de l’Isolation” à 60,6 %) au détriment de la collaboration, et une dépendance quasi exclusive à des questionnaires subjectifs post-hoc incapables de capturer la dynamique attentionnelle en temps réel.

Cette thèse aborde ces limites à travers une approche empirique et incrémentale en deux étapes, s’appuyant sur un banc d’essai pédagogique complexe en biologie moléculaire. Nous présentons d’abord une architecture de mesure multi-modale continue (suivi du regard, durée de l’activité vocale et fréquence des interactions) conçue pour capturer de manière objective le coût invisible de la collaboration. L’Expérience 1 (Diagnostic) quantifie ce coût en comparant un apprentissage individuel à un apprentissage collaboratif de base, validant ainsi l’existence d’une surcharge cognitive de coordination malgré un fort engagement subjectif. L’Expérience 2 (Optimisation) évalue l’impact de mécanismes de guidage attentionnel (mise à l’échelle contingente au regard et surbrillances visuelles). Les résultats démontrent un succès pédagogique majeur, avec une augmentation massive et statistiquement significative des gains d’apprentissage dans la condition guidée (57,55 % contre 38,75 % dans la condition de base, d = 0.86), accompagnée d’une réduction du temps de complétion des tâches et de la coordination verbale. Néanmoins, l’étude révèle un compromis fonctionnel crucial : l’automatisation et le désengagement cognitif induits par le système ont réduit de manière significative le sentiment de co-présence sociale.

En guise de synthèse, cette thèse formalise le “Paradoxe Efficacité-Socialité”, une contribution théorique fondamentale pour les domaines de l’apprentissage collaboratif assisté par ordinateur (CSCL) et des interactions homme-machine (HCI). Elle propose le framework adaptatif CXAS (Collaborative XR Attention Scaffolding) ainsi que trois directives de conception pour concevoir de futures interfaces XR qui équilibrent de manière optimale l’efficacité des tâches et la richesse de la connexion humaine.