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L’oculométrie : perspectives pour une meilleure conception des interfaces pour l’apprentissage

Résumé :
L’oculométrie (appelée également eye-tracking) est largement utilisée en ergonomie afin de concevoir des outils qui soient faciles à utiliser et à comprendre. C’est une méthode qui est également très utilisée dans la recherche afin d’étudier et de découvrir les processus mentaux sous-jacents lors d’activités cognitives (lecture ou calcul, par exemple). Dans le cadre de l’enseignement, cette technologie peut être une source de données pour les chercheurs afin de guider et d’optimiser la conception d’outils pédagogiques. Elle peut également permettre de mieux comprendre comment les élèves interagissent avec les informations, sur internet en particulier.

Recommandations :

  • Les auteurs préconisent les images et/ou schémas dès lors qu’il s’agit de notions complexes, pour faciliter les apprentissages quel que soit le support. Les images ou schémas venant en complément du texte afin d’expliciter et d’offrir aux élèves un moyen supplémentaire de compréhension.
  • Comme l’étude de Dinet le souligne, le marquage typographique n’influe pas à lui seul sur la recherche d’informations (les connaissances antérieures jouent aussi un rôle). Les enseignants doivent donc être vigilants quant à la variété des profils des élèves et quant à la prise en compte de cette variété dans le déroulé des séances de cours.

par Mélanie Becker *

Les objectifs de cet article sont les suivants :

  • présenter les travaux de recherche utilisant cette méthode dans le domaine de l’enseignement ;
  • exposer les avantages possibles de cette méthodologie de recherche pour l’enseignement et l’apprentissage, à savoir, rendre visibles des connaissances qui ne sont pas toujours disponibles avec d’autres méthodologies.

Qu’est-ce que l’oculométrie ?

Dans le domaine de l’éducation, les chercheurs imaginent en permanence de nouvelles méthodes pour comprendre les processus d’apprentissage chez les enfants. L’oculométrie est ainsi très utilisée pour décrire et étudier les processus cognitifs de base en jeu lors de la lecture, ou lors d’autres types de traitement de l’information. Elle constitue, par conséquent, un outil prometteur pour le suivi des processus cognitifs et des stratégies d’apprentissage. Même si, il faut le noter, cette méthode est encore jeune dans ce domaine, comme le précise Lai et ses collègues de l’Université de Taiwan (Lai et al, 2013).
Bien que nous disposions de cinq sens, le système visuel est considéré aujourd’hui comme le plus évolué de l’appareil perceptif humain. D’un point de vue anatomique, la vision occupe à elle seule la moitié du cortex cérébral, et 70 % de nos récepteurs sensoriels sont des récepteurs visuels. Le postulat de base de l’oculométrie est qu’il y aurait un système visuel commun à tous les humains. En d’autres termes, tous les humains partageraient la même architecture neurale visuelle (dans le cerveau), et les processus biologiques opérant au sein de celle-ci seraient similaires.
Dans le domaine de l’enseignement, l’utilisation de technologies impliquant une interactivité visuelle importante (ordinateurs, tablettes tactiles, interfaces tangibles, etc.) s’est répandue. L’étude des mouvements des yeux est donc une source d’information essentielle pour l’étude des processus cognitifs (Wu, 2012). Dans cette perspective, de nombreuses études tentent d’établir la meilleure façon, pour une technologie, de présenter l’information, notamment via l’interface graphique, à l’œil puis au cerveau. L’utilisateur doit pouvoir percevoir le message de façon appropriée, afin que l’apprentissage puisse fonctionner sur une base pertinente.
Les études réalisées dans le domaine de l’interaction Homme Machine utilisent, notamment, la technique de l’oculométrie afin de réaliser des tests d’utilisabilité. L’utilisabilité est définie par la norme ISO 9241-11 comme « le degré selon lequel un produit peut être utilisé, par des utilisateurs identifiés, pour atteindre des buts définis avec efficacité, efficience et satisfaction, dans un contexte d’utilisation spécifié ». Cette technique permet ainsi d’étudier l’impact de différents contenus sur supports numériques sur les performances d’apprentissage et de réussite des étudiants.

La technique de l’oculométrie

De façon très simple, un système d’oculométrie permet d’enregistrer en temps réel et de façon continue, les pauses (fixations) et les trajectoires (saccades) des yeux, générées lorsque l’individu interagit avec un écran. Aujourd’hui, les appareillages se sont allégés et peuvent être directement inclus dans l’écran de l’ordinateur, voire se présenter sous forme de lunettes. Le système intégré à l’écran, le plus utilisé, suit les mouvements oculaires via la technique du reflet cornéen : le dispositif envoie un faisceau de lumières infrarouges, invisible à l’œil, filmé par une caméra. Ce faisceau se reflète sur la rétine, rendant la pupille lumineuse (à l’instar des « yeux rouges » des photographies), permettant d’en délimiter les contours. Le reflet de ce faisceau est mouvant car il fixe constamment les orientations de la pupille. En parallèle, au moins un autre faisceau lumineux (le reflet cornéen), de plus petite taille, est projeté sur la cornée, en dehors de la pupille. C’est ce dernier reflet qui reste fixe et qui permet de définir la position du point de regard par rapport à la pupille (Drusch, et al, 2011).

Oculométrie et compréhension écrite

En contexte pédagogique, le texte est le principal moyen par lequel les élèves appréhendent les concepts disciplinaires. La compréhension écrite est donc un facteur essentiel pour l’apprentissage (Sinatra, 2011). Par ailleurs, la plupart des textes utilisés en classe s’accompagnent de différents types d’illustrations (images, schémas, graphiques). En 2013, Mason et son équipe de l’Université de Padoue en Italie ont ainsi mené une étude visant à mieux comprendre comment des enfants de CM2 analysent un texte accompagné d’images (réunis dans un seul document). L’objectif des chercheurs était notamment de savoir si les 49 élèves concernés avaient tous le même comportement visuel, c’est-à-dire la même façon d’analyser le document. Tous les élèves ont dû lire avec attention le même texte présenté sur une page web. Pendant la lecture du document, le dispositif d’oculométrie enregistrait le suivi du regard de chaque élève, et notamment le temps total passé à regarder le texte et les images, le nombre de fois où les fixations visuelles se sont portées du texte aux images et vice-versa, etc. Les chercheurs ont ensuite demandé aux élèves d’écrire tout ce dont ils se souvenaient du texte, et de répondre à 5 questions ouvertes concernant le sujet abordé. En termes de comportements oculaires, les résultats ont permis de mettre en évidence trois types de comportement différents (les trois illustrations suivantes ont été simplifiées à partir de l’article cité en bibliographie).

Le premier groupe (19 élèves) se caractérise par un temps de fixation assez court sur l’image et le fait que ces élèves déplacent rarement leur regard entre l’image et le texte : 

image oculometrie 1


Les 7 élèves d’un autre groupe ont peu de fixations sur l’image mais aussi sur le texte. Au cours de la première inspection de l’image, ils lui portent peu d’attention et ce sont eux qui effectuent le moins de transitions entre l’image et le texte :

image oculometrie 2


Un dernier groupe de 23 élèves inspecte l’image, et effectue de fréquentes transitions texte/image :

image oculometrie 3


Selon les chercheurs, l’intérêt de cette étude réside dans les recommandations pédagogiques qui peuvent en être tirées. En effet, les auteurs mettent en avant l’intérêt et l’importance qu’il y a à intégrer différents types de représentations dans un document afin qu’il soit bien compris, en particulier, pour les plus jeunes lecteurs. Les images/schémas permettent ainsi de mieux représenter les concepts clés traités dans un texte. Toutefois, à elles seules, elles ne permettront pas toujours de mieux comprendre le texte. En effet, les images/schémas vont surtout aider à mieux illustrer et compléter le document afin de faciliter la compréhension de l’élève (Schroeder, 2011).

Par ailleurs, les élèves ayant des lacunes pour la compréhension de l’écrit montrent un traitement du texte assez laborieux lors de la première lecture. Ces difficultés de compréhension de lecture doivent être rapidement décelées pour donner lieu à des interventions pédagogiques appropriées. Les systèmes d’oculométrie peuvent, entre autres, répondre à ces besoins en optimisant le repérage préliminaire de lacunes dans la lecture.

Certaines études, plus rares, utilisent l’oculométrie comme un outil d’apprentissage en tant que tel. Des chercheurs de l’Université nationale d’Irlande à Maynooth ont ainsi créé un système d’oculométrie d’aide à l’apprentissage de la lecture (Lehtimäki & Reilly, 2005). Ce système se compose d’un dispositif permettant de tracer le suivi oculaire de l’enfant sur le texte à lire sur l’ordinateur, et d’un programme qui donne en temps réel des informations, sous forme de jeu, sur la position du regard de l’enfant. Le but est d’apprendre à l’enfant à mieux positionner son regard sur chacun des mots les uns à la suite des autres. Une étude exploratoire réalisée sur 5 enfants (groupe expérimental et groupe contrôle) a permis de montrer que les enfants étaient plus attentifs et passaient plus de temps à lire les mots, tout en faisant moins d’erreurs lorsqu’ils avaient un feedback grâce au système d’oculométrie.

Oculométrie et recherche d’informations

Toujours dans le cadre pédagogique, l’oculométrie peut également être une source de données pour comprendre comment les élèves recherchent des informations sur internet et in fine guider la conception d’outils d’aide à la recherche sur le web.

Jérôme Dinet et son équipe de l’Université de Lorraine ont mené une étude en 2010 afin de mieux comprendre comment des élèves, âgés de 10 à 16 ans, exploraient les résultats proposés par un moteur de recherche. Les chercheurs se sont intéressés aux stratégies visuelles mises en place par les élèves lorsqu’ils recherchent une information sur une page de résultats de recherche internet, et plus précisément si le marquage typographique des mots (marqués en gras ou non) et la familiarité avec le thème de recherche influencent les élèves. 89 enfants répartis selon leur niveau scolaire ont participé à l’étude. Parmi une liste de 8 liens, les élèves devaient sélectionner celui qui leur semblait le plus pertinent pour répondre à la question posée.

Les résultats de l’étude ont ainsi révélé que la typographie et le niveau de connaissances préalable sur le thème influencent les stratégies d’exploration visuelle. En effet, les plus jeunes élèves se laissent influencer par la typographie pour juger de la pertinence d’un lien et le sélectionner : ce marquage typographique les incite à adopter une stratégie de simple détection visuo-lexicale au détriment d’un traitement plus sémantique des contenus affichés. Les élèves plus âgés se réfèrent, quant à eux, à la typographie s’ils n’ont pas de connaissances antérieures dans le domaine. Par ailleurs, quatre styles de stratégie visuelle ont été identifiés (cf. l’étude citée en bibliographie afin de voir les représentations) :

  • la stratégie en « forme de F » est une façon de parcourir le document en suivant le modèle d’un F. Ici, les élèves passent d’abord du temps en haut de la page, puis ils s’intéressent aux niveaux en dessous ;
  • les élèves ayant une stratégie exhaustive lisent tous les éléments d’information (titre, résumé, adresse URL) avant de choisir le lien à sélectionner. Cette façon de parcourir la page est surtout utilisée par les élèves issus de la classe de première ;
  • la stratégie en « sauts » concerne les enfants qui passent d’un mot clé à l’autre, et plus particulièrement si les mots clés sont en gras. Cette stratégie est en grande partie utilisée par les enfants les plus jeunes, mais également par les élèves de première lorsque ces derniers n’ont aucune connaissance sur le domaine relatif à la question ;
  • et enfin, la stratégie en F inversé ressemble à la première stratégie mais ici le modèle de lecture est inversé.

Cette étude a permis de mettre en exergue la grande variabilité des comportements de recherche des jeunes. Les chercheurs suggèrent ainsi qu’il est important pour les enseignants d’être vigilants quant aux connaissances préalables de l’élève, d’autant plus si la thématique est inconnue.

Chen et son équipe de l’Université de Taiwan, en 2014, ont cherché à découvrir la nature exacte du lien entre les mouvements des yeux et la performance d’évaluation de l’information sur ordinateur. En d’autres termes, de voir s’il est possible d’observer en temps réel les mouvements oculaires des étudiants lors d’une recherche d’information, et de prédire, en temps réel également, s’ils seront en mesure de trouver l’information pertinente. L’étude a été réalisée sur 63 étudiants qui devaient répondre à 42 questions concernant des concepts en physique et trouver ainsi la bonne réponse parmi les informations disponibles. Les résultats font apparaître une corrélation entre le comportement oculaire (longueur des fixations, distance et amplitude des saccades) et l’exactitude des réponses. En d’autres termes, les mouvements oculaires des élèves permettent ici de prédire la capacité des élèves à prélever ou non les bonnes notions et concepts lors d’une recherche d’information. En contexte d’enseignement, un tel dispositif pourrait fournir au professeur un feedback en temps réel, susceptible de mieux orienter l’élève dans sa recherche d’information.

Conclusion

Utilisées à des fins pédagogiques, les techniques oculométriques pourraient contribuer à mieux décrypter les processus mis en jeux lors d’activités courantes telles que la lecture ou la recherche d’informations sur internet. Elles permettraient par là même d’étayer les apprentissages. À l’heure actuelle, précisons que ces dispositifs ne sont pas directement disponibles pour les enseignants. De nombreuses études sont ainsi mises en place dans les environnements scolaires afin d’apporter des résultats utiles pour le corps enseignant. Il serait donc bénéfique et important pour les enseignants et documentalistes, notamment, de se mettre régulièrement à jour sur ces recherches. D’autres perspectives intéressantes se dessinent actuellement dans le domaine de la santé et notamment dans le cadre de recherches concernant l’autisme.

* Mélanie Becker - Doctorante en ergonomie, Université de Lorraine, laboratoire PErSEUS – EA7312 Attachée temporaire d’enseignement et de recherche à l’Université de Lorraine

date de publication : 25/02/2015

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Références bibliographiques :
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Dinet J., Bastien J. & Kitajima M. (2010), “What, where and how are young people looking for in a search engine results page? : impact of typographical cues and prior domain knowledge”, IHM’2010, Luxembourg.
Drusch G., Bastien C. & Dinet J. (2011), « L’exploration visuelle de pages web », in J. Dinet & C. Bastien (Eds.), L’Ergonomie des objets et des environnements physiques et numériques, p. 219-244, Paris : Lavoisier.
Lai M.-L., Tsai M.-J., Yang F.-Y., Hsu C.-Y., Liu T.-C., Lee S. W.-Y., Lee M.-H., Chiou G.-L., Liang J.-C., Tsai C.-C. (2013), “A review of using eye-tracking technology in exploring learning from 2000 to 2012”, Educational Research Review, 10(88), 90-115.
Lehtimäki T. M. & Reilly R. G. (2005), “Improving Eye Movement Control in Young Readers”, Artificial Intelligence Review, 24 (3-4), p. 477-488.
Mason L., Tornatora M. C. & Pluchino P. (2013), “Do fourth graders integrate text and picture in processing and learning from an illustrated science text? Evidence from eye-movement patterns”, Computers & Education, 60 (1), p. 95-109.
Schroeder S., Richter T., Mc Elvany N., Hachfeld A., Baumert J., Schnotz W., et al. (2011), “Teachers’ beliefs, instructional behaviors, and students’ engagement in learning from texts with instructional pictures”, Learning and Instruction, 21, p. 403-415.
Sinatra G. M. & Broughton S. H. (2011), “Bridging reading comprehension and conceptual change in science education: the promise of refutation text”, Reading Research Quarterly, 46, p. 74-393.
Wu C.-I. (2012), “HCI and Eye Tracking Technology for Learning Effect”, Procedia - Social and Behavioral Sciences, 64, p. 626-632.

 

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