Effects of Immersion Level and Gender on Cognitive Load and Task Performance in Virtual Reality Crane Operation Training
Cette étude démontre que, bien que la réalité virtuelle immersive (RVI) et la réalité virtuelle sur bureau produisent des charges cognitives globales comparables, la RVI réduit considérablement le temps d'exécution des tâches et peut mieux soutenir les stratégies de traitement spatial des femmes en diminuant la frustration et en exploitant les indices environnementaux, suggérant ainsi son potentiel en tant que plateforme inclusive pour la formation à la conduite de grues.
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Imaginez un chantier de construction où une grue massive soulève de lourdes poutres d'acier très haut au-dessus du sol. L'opérateur est assis dans une petite cabine, souvent à des centaines de pieds de hauteur, s'appuyant entièrement sur ses yeux et ses mains pour guider une charge à travers un espace tridimensionnel complexe. Un seul faux mouvement peut entraîner la chute d'une charge, l'endommagement de l'équipement ou des blessures graves. Comme s'entraîner avec de vraies grues est dangereux, coûteux et limité par la météo, les formateurs se sont tournés vers la réalité virtuelle. Cette technologie crée une copie numérique du métier, permettant aux apprenants de commettre des erreurs sans conséquences dans le monde réel. Mais toutes les réalités virtuelles ne se valent pas. Certains systèmes ressemblent à un jeu informatique standard sur un écran plat, tandis que d'autres utilisent un casque qui remplit toute votre vision, bloquant le monde réel et vous donnant l'impression d'être réellement assis dans la cabine de la grue.
Pendant des années, les experts ont débattu pour savoir quelle version aidait le mieux à l'apprentissage. La version sur écran plat est familière et facile à utiliser, mais la version avec casque offre une vue beaucoup plus riche avec de la profondeur et un champ de vision plus large. La question est de savoir si cette immersion supplémentaire aide le cerveau à apprendre plus rapidement, ou si elle submerge simplement l'apprenant avec trop d'informations. Cela est particulièrement important pour l'industrie de la construction, qui cherche à former plus de personnes, y compris des femmes, qui y sont historiquement sous-représentées. Des chercheurs de l'Université d'État de Pennsylvanie ont entrepris de trouver la réponse en testant comment ces différents environnements virtuels affectent l'effort mental requis pour apprendre le maniement de la grue et comment les hommes et les femmes y performent.
Les chercheurs ont conçu un programme de formation qui imitait le travail réel aussi fidèlement que possible. Ils ont recruté vingt-quatre étudiants universitaires, moitié hommes et moitié femmes, et les ont divisés en deux groupes. Un groupe s'est exercé en utilisant un moniteur d'ordinateur standard, tandis que l'autre portait un casque qui l'immergeait totalement dans la cabine virtuelle de la grue. Avant de commencer l'entraînement proprement dit, tout le monde a regardé des vidéos d'instruction et a effectué une courte séance de pratique pour s'habituer aux commandes. Ce « pré-entraînement » était crucial, car il garantissait que chacun commençait le test principal avec une compréhension de base du mouvement de la grue, quel que soit l'outil technologique utilisé.
Une fois l'entraînement commencé, les participants devaient accomplir cinq scénarios différents. Ils ont commencé par un levage normal, puis sont passés à des situations plus difficiles impliquant des vents de force, une charge qu'ils ne pouvaient pas voir directement, une faible luminosité et un levage à proximité d'une ligne électrique dangereuse. Les chercheurs ont mesuré deux choses principales : la difficulté mentale que la tâche représentait pour les participants, et la qualité de leur exécution réelle. Pour mesurer l'effort mental, les étudiants ont rempli un sondage évaluant leur stress, leur frustration et leur sentiment de pression temporelle. Pour mesurer la performance, l'ordinateur suivait précisément le temps nécessaire pour terminer chaque tâche, la rectitude de la trajectoire de la charge, s'ils avaient heurté des obstacles et la précision avec laquelle ils avaient placé l'objet lourd.
Les résultats ont offert un mélange de découvertes surprenantes. En examinant l'effort mental global, les deux groupes ont ressenti sensiblement la même chose. Le casque immersif n'a pas rendu la tâche significativement plus difficile ou plus facile que l'écran plat. Cependant, lorsque les chercheurs ont examiné de plus près certains types de tension mentale, des différences sont apparues. Le groupe utilisant le casque a ressenti une plus grande pression temporelle ; ils avaient l'impression de courir contre la montre, même si ce n'était pas le cas. C'est un effet secondaire courant des environnements immersifs, où le sentiment d'être « là » fait paraître le temps plus rapide.
La découverte la plus intéressante concernait la façon dont les deux genres réagissaient aux différentes technologies. Alors que le sentiment de frustration des hommes ne changeait pas beaucoup entre l'écran plat et le casque, les femmes ont déclaré se sentir nettement moins frustrées lors de l'utilisation du casque immersif. Lors des entretiens, les femmes ont expliqué qu'elles s'appuyaient fortement sur les indices visuels de l'environnement, tels que les ombres ou la position des bâtiments voisins, pour juger les distances. Le casque fournissait une vue beaucoup plus riche de ces indices, ce qui facilitait la compréhension de la position de la charge dans l'espace. L'écran plat, avec sa vue limitée, rendait l'utilisation de ces stratégies naturelles plus difficile, entraînant plus de frustration.
En termes de performance réelle au travail, le groupe utilisant le casque immersif a terminé ses tâches plus rapidement que le groupe sur écran plat. Ils ont déplacé les charges plus vite sans commettre plus d'erreurs ou heurter plus d'obstacles. Cela suggère que l'information visuelle supplémentaire fournie par le casque les a aidés à prendre des décisions plus efficacement. Curieusement, il n'y avait aucune différence de vitesse de performance entre les hommes et les femmes ; les deux groupes ont obtenu des résultats similaires une fois formés. Cela indique que l'environnement immersif n'a pas favorisé un genre par rapport à l'autre en termes de résultat final, mais qu'il a rendu l'expérience plus confortable et moins frustrante pour les femmes.
L'étude a également testé si l'effort mental ressenti par les étudiants était la raison de leurs différences de performance. Les chercheurs voulaient savoir si le casque aidait parce qu'il réduisait la charge mentale, ou pour une autre raison. Ils ont découvert que l'effort mental n'expliquait pas la différence de vitesse. Les étudiants utilisant le casque ne pensaient pas nécessairement moins intensément ; ils étaient simplement capables de se déplacer plus fluidement. Cela suggère que le bénéfice du casque provient de la manière dont il présente l'information visuelle, permettant au cerveau de traiter les relations spatiales de manière plus naturelle, plutôt que de réduire la quantité de réflexion requise.
Ces conclusions suggèrent que la réalité virtuelle immersive est un outil puissant pour la formation, particulièrement pour les tâches complexes qui nécessitent de juger les distances et la profondeur. Bien qu'elle puisse créer un sentiment subjectif de pression temporelle, elle ne submerge pas le cerveau de l'apprenant. Plus important encore, elle semble être une technologie inclusive qui soutient différentes manières d'apprendre. En fournissant un environnement visuel plus riche, elle aide les apprenants qui comptent sur les indices environnementaux pour naviguer dans l'espace, leur permettant de performer aussi bien que ceux qui utilisent des stratégies différentes. Pour l'industrie de la construction, cela signifie que la formation en réalité virtuelle pourrait être un levier pour élargir la main-d'œuvre, offrant un moyen sûr et efficace de former un groupe diversifié de futurs opérateurs de grue.
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