La réalité virtuelle permet aux étudiants d’améliorer leur compréhension des mathématiques.

Beaucoup d’étudiants ont du mal à apprendre les mathématiques. Aux États-Unis, les élèves de huitième année ont obtenu en moyenne 271 points sur 500 en mathématiques lors de l’évaluation nationale des progrès de l’éducation de l’année dernière, comme le souligne un article du New York Times. C’est le niveau le plus bas depuis des décennies. Les élèves noirs, amérindiens et à faible revenu ont obtenu des scores particulièrement bas en mathématiques lors du test fédéral standardisé. Une des méthodes utilisées par les enseignants pour aider les élèves à comprendre des concepts difficiles est la technologie de réalité virtuelle. Les casques de réalité virtuelle permettent aux élèves de s’immerger dans des environnements numériques réalistes pour apprendre les mathématiques et les sciences en résolvant des problèmes du monde réel, tels que le calcul de la hauteur à laquelle doit être surélevée la fondation d’une maison pour compenser le risque d’inondation. Grâce à Prisms of Reality, la technologie de réalité virtuelle est utilisée dans 140 districts scolaires de 30 États. Membre de l’IEEE, Anarupa Ganguly a fondé Prisms VR, connue sous le nom de startup, en 2020. Cette entreprise basée à San Francisco aide les enseignants à enseigner les mathématiques aux étudiants préuniversitaires. Selon Ganguly, la plateforme d’apprentissage de Prisms VR “prend les problèmes des manuels et les rend vivants”. Elle possède une expérience de l’enseignement : elle a enseigné les mathématiques et la physique dans des lycées de la région de Boston. Elle a également occupé des postes de direction dans les écoles publiques de Boston, dans les écoles publiques de New York et dans les écoles secondaires Success Academy, également à New York. La plateforme d’apprentissage de réalité virtuelle de cette startup propose des leçons de mathématiques et de sciences qui simulent des lieux et des situations du monde réel. Les élèves sont invités à accomplir des tâches basées sur ce qu’ils apprennent. La composante mathématique de la plateforme, appelée Prisms Math, a été lancée cette année. Ganguly et une équipe d’ingénieurs ont développé le logiciel de la plateforme, qui comprend des modules sur la physique, la biologie et la chimie, ainsi que les mathématiques. Chaque module couvre un sujet spécifique dans la matière correspondante. Par exemple, il existe six modules d’algèbre, dont certains portent sur les fonctions linéaires, les quadratiques et les exponentielles. Le logiciel est compatible avec les casques Meta et Pico, et Prisms VR travaille à sa compatibilité avec le Vision Pro d’Apple. Sur le casque de réalité virtuelle de l’élève s’affiche une liste de modules. En fonction du module choisi, l’élève est transporté dans un lieu virtuel correspondant pour accomplir des tâches et ainsi apprendre le contenu. Dans le module de chimie sur les acides et les bases, par exemple, les élèves voient une version générée par ordinateur d’une station d’épuration des eaux usées à Baltimore et essaient de rendre potable une eau chimiquement contaminée. Les étudiants apprennent les principales propriétés des acides et des bases ainsi que la formule de neutralisation, qu’ils utilisent pour déterminer la quantité de solution basique nécessaire pour neutraliser l’eau acide. À l’aide du tableau de bord en ligne de Prisms, les enseignants peuvent suivre les progrès des élèves et leur fournir des commentaires sur leur travail, qui apparaissent sur la montre virtuelle de l’apprenant. “La montre permet un dialogue constant entre l’enseignant et les enfants”, déclare Ganguly. Chaque session virtuelle se termine 10 minutes avant la fin des cours afin de permettre à l’instructeur de discuter de ce que les élèves ont appris. Il faut environ trois jours pour terminer un module. Ganguly déclare que la plateforme d’apprentissage est un programme complémentaire, car “la réalité virtuelle n’est pas utilisée au quotidien ; elle permet d’apprendre des concepts que les élèves ont du mal à comprendre”. Elle a utilisé son expérience d’enseignante pour développer le système et s’est associée à WestEd, une organisation à but non lucratif, pour étudier si la réalité virtuelle pouvait être efficace pour enseigner les sciences, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques. WestEd, basée à San Francisco, vise à créer une société plus équitable en améliorant l’éducation grâce à l’apprentissage professionnel, à l’assistance technique et à l’orientation politique. En collaboration avec Prisms VR, WestEd a étudié la faisabilité pour les élèves de suivre une leçon en réalité virtuelle pendant une période de cours de 45 minutes. Il s’est avéré que 35 minutes étaient la durée optimale pour une leçon. En 2020, Anarupa Ganguly a fondé Prisms VR pour aider à améliorer la littératie mathématique en utilisant la technologie. Elle développe le logiciel et le contenu éducatif. Il lui faut actuellement trois semaines pour rédiger un module. “Nous ciblons les concepts que les étudiants ont du mal à apprendre et nous créons rapidement un prototype pour les écoles”, déclare Ganguly. “Nous recevons des commentaires des élèves et des enseignants sur les modules et les mettons à jour si nécessaire. Le système est essentiellement conçu en collaboration avec les écoles qui l’utilisent.” Lorsqu’elle visite les écoles pour mieux comprendre comment la plateforme est utilisée, elle discute avec les enseignants de leur expérience. “Voyager et avoir une connexion personnelle avec les clients de Prisms VR”, dit-elle, “a été très précieux pour la conception et la mise à jour des modules”. Les enseignants “disent qu’ils peuvent dire que la plateforme a été conçue par un enseignant”, ajoute-t-elle. “Je n’ai jamais eu un enseignant qui refusait d’utiliser la plateforme.” L’équipement de la plateforme, comprenant 35 casques et chargeurs, coûte 20 000 dollars par salle de classe. Le logiciel, y compris les modules et le tableau de bord en ligne, coûte de 12 à 14 dollars par élève. Pour les étudiants qui souhaitent pratiquer leurs compétences en mathématiques à la maison, un abonnement mensuel de 24 dollars à Prisms Math est disponible sur le magasin Meta Quest. Ganguly dit qu’elle a été inspirée pour contribuer à la réforme de l’éducation STEM lorsqu’elle était étudiante diplômée au MIT. Elle a remarqué qu’il n’y avait pas beaucoup d’étudiants diplômés qui étaient des femmes ou des personnes de couleur. Croyant que cela était lié à une éducation STEM inadéquate au niveau préuniversitaire, Ganguly dit avoir pensé que la meilleure façon de résoudre le problème était de devenir enseignante. Après avoir obtenu un master en génie électrique du MIT en 2009, elle a obtenu un master en éducation en 2011 de l’université de Boston. Elle a ensuite enseigné l’algèbre et la physique dans des lycées de Boston jusqu’en 2014, date à laquelle elle est devenue directrice des mathématiques pour le district scolaire de Boston, composé de 125 écoles et de 55 000 étudiants. En 2015, elle s’est installée à New York, où elle a travaillé pour le département de l’éducation pour former les enseignants de 188 écoles défavorisées à utiliser un nouveau système de mathématiques introduit par le département. Un an plus tard, elle est devenue directrice des instructions et de l’apprentissage professionnel du département, soutenant environ 1,2 million d’étudiants dans les 1 800 écoles du système. Elle a quitté ses fonctions en 2017 et a rejoint Success Academy en tant que doyenne des mathématiques. Ce réseau de 47 écoles publiques est indépendant du système de l’État. Elle a commencé à étudier quelles compétences et connaissances les étudiants préuniversitaires manquaient pour pouvoir terminer un programme STEM à l’université. Sa revue de la littérature a révélé deux indicateurs principaux de la réussite des étudiants universitaires poursuivant un diplôme STEM : la capacité à visualiser et à manipuler des objets mentalement (raisonnement spatial) et la capacité à créer des représentations abstraites d’expériences du monde réel. Ganguly voulait utiliser ses connaissances en ingénierie pour développer une technologie capable d’enseigner ces compétences aux jeunes. Ainsi, en 2020, elle a quitté Success Academy pour créer Prisms VR. La startup a reçu des subventions de la National Science Foundation, des National Institutes of Health et de la Gates Foundation. Cette année, la société de capital-risque Andreessen Horowitz de la Silicon Valley a investi 12,5 millions de dollars. Prisms collabore avec la Gates Foundation et WestEd pour améliorer l’éducation STEM aux États-Unis. L’une des études menées avec la Gates Foundation examine si la plateforme d’apprentissage de la startup permet d’améliorer la rétention des étudiants à l’université. Cette étude sur dix ans est menée en Arizona. Prisms VR et WestEd ont également mené cette année un essai contrôlé randomisé dans 36 écoles de l’Ohio pour tester si la plateforme de la startup permettait aux étudiants d’apprendre