Fiche projet

Contexte : formation présentielle enrichie, enseignement primaire et accompagnement scolaire

Type d'objectif principal : conception, réalisation et évaluation expérimentale de nouveaux dispositifs

Public concerné : apprenants et enseignants

TICE’2004
Duclosson N. : "Représentation des connaissances dans l’EIAH AMBRE-add", Technologies de l'Information et de la Connaissance dans l’Enseignement supérieur et l'industrie, TICE’2004, Compiègne, 20-22 octobre 2004, p. 164-171.

ITS’2004
Nogry S., Jean-Daubias S., Duclosson N. : "ITS Evaluation in Classroom: The Case of AMBRE-AWP", Intelligent Tutoring Systems (J.C. Lester, R.M. Vicari, F. Paraguaçu Eds.), ITS’2004 proceedings, Springer, 2004, Lecture Notes in Computer Science vol. 3220, p. 511-520.

Description du projet

Au sein du LIRIS, le projet AMBRE a pour objectif la conception d’Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) destinés à l’enseignement de méthodes. Ce projet se fonde sur des recherches en didactique des disciplines sur l’enseignement de méthodes. Nous proposons d’utiliser le cycle du Raisonnement à Partir de Cas (RàPC) pour faire acquérir à l’apprenant des méthodes fondées sur le classement des problèmes et des outils de résolution. Dans le cadre de ce projet, une collaboration avec le LPC (Laboratoire de Psychologie Cognitive, Université de Provence) a été mise en place, dans le but d’étudier les processus d’apprentissage de connaissances théoriques à partir de la résolution de problèmes par analogie.

Pour mener à bien ce projet, les étapes de conception, d’implémentation et d’évaluation se sont succédées au sein d’une équipe pluridisciplinaire.

Le principe AMBRE

Afin de concevoir des environnements informatiques pour l’enseignement de méthodes, nous nous fondons sur des recherches en didactique des disciplines qui proposent d'enseigner explicitement des méthodes. Pour le projet AMBRE, une méthode permet de reconnaître la classe d’un problème et d’être capable de savoir quelle technique de résolution appliquer pour résoudre ce problème. Nous utilisons le cycle du Raisonnement à Partir de Cas comme une démarche proposée à l’apprenant pour faciliter sa tâche de résolution de problèmes. Nous espérons montrer que l’utilisation de cas pour résoudre des problèmes et la comparaison entre cas permet à l’apprenant d’acquérir des connaissances abstraites (schémas, classes de problèmes).

Une séance de travail avec un EIAH AMBRE se divise en deux phases. La première phase est destinée à présenter à l’apprenant des problèmes-types résolus qui serviront de référence par la suite. Après plusieurs séances, l’apprenant aura vu un problème-type correspondant à chaque classe de problèmes définie au sein de la méthode.
La deuxième phase de la séance est consacrée à la résolution par l’apprenant de plusieurs problèmes. L’EIAH guide l’apprenant dans sa résolution à travers cinq étapes inspirées du cycle du RàPC. Après une première étape destinée à la lecture de l’énoncé, l’apprenant doit reformuler le problème en identifiant les éléments de l’énoncé pertinents pour la résolution. Dans une troisième étape, l’apprenant choisit parmi les problèmes-types qui lui ont été présentés celui qui lui semble le plus proche du problème à résoudre. Il identifie ainsi de manière implicite la classe du problème à résoudre. Ensuite, l’apprenant doit rédiger la solution du problème en s’inspirant de la solution du problème-type. Nous espérons que cette adaptation l’amène par généralisation à identifier une technique de résolution adaptée aux problèmes de cette classe. Enfin, la dernière étape consiste pour l’apprenant à associer le problème qu’il vient de résoudre à un problème-type, de manière à constituer des groupes de problèmes correspondant aux classes, un groupe étant représenté par un problème-type. A chaque étape, le système peut tester les réponses de l’élève et l’aider à les réviser.

L'EIAH AMBRE-add

Nous avons choisi un domaine d'application pour AMBRE : celui des problèmes additifs, niveau CE1-CE2. Les problèmes additifs décrivent une situation concrète, par exemple un jeu de billes : « Alex avait 32 billes. À la fin de la récréation, il en a 45. Combien a-t-il gagné de billes pendant la récréation ? » Nous sous sommes fondées sur des études en didactique des mathématiques portant sur les problèmes additifs pour expliciter la méthode que nous souhaitons enseigner et les classes de problèmes concernées. En appliquant le cycle AMBRE et les recommandations produites par Sandra Nogry dans le cadre de sa thèse, nous avons conçu l'EIAH AMBRE-add, destiné à enseigner une méthode de résolution de problèmes additifs.

L’EIAH AMBRE-add comporte principalement une interface et un système à base de connaissances. Ce système à base de connaissances, CHAMADE-add, est issu de l’architecture CHAMADE. Réalisé en Prolog, il modélise les connaissances du domaine ainsi que des connaissances pédagogiques afin de fournir à l’apprenant des messages d’aide et de diagnostic de ses réponses. L’interface, réalisée en Delphi, fait appel à CHAMADE-add lorsque c’est nécessaire. Des fichiers texte et XML servent à faciliter la communication entre l’interface et CHAMADE-add.

Évaluation de AMBRE-add

Dans le cadre de sa thèse, Sandra Nogry a évalué l’utilisabilité de AMBRE-add et son impact sur l’apprentissage. Pour cela, elle a conduit plusieurs expériences combinant différentes méthodes issues de l'IHM, de la psychologie cognitive et des sciences humaines.Elle a d’abord réalisé une première expérience qui consistait à observer cinq enfants individuellement dans une situation « neutre », le laboratoire. Cette expérience avait pour objectif de déceler les difficultés rencontrées par les enfants et d’identifier les problèmes d’utilisabilité. Les résultats nous ont amenées à effectuer des modifications sur le logiciel. Ensuite une seconde expérience a été réalisée pour évaluer l’impact du logiciel sur l’apprentissage. Sandra a adopté une méthode comparative en comparant AMBRE-add avec deux maquettes contrôle. Cette expérience a été réalisée dans une situation "réelle" d’utilisation, dans une école avec trois classes de CE1. Pour prendre en compte les caractéristiques de la situation d’utilisation, elle a complété la méthode comparative par différentes méthodes qualitatives (observation, entretiens, questionnaire). Les résultats de cette expérience ne nous ont pas permis de montrer un meilleur impact de AMBRE-add sur l'apprentissage que les maquettes contrôle. Nous avons remarqué que l'utilisation du logiciel était trop complexe pour des élèves de CE1, et que les activités réalisées par les apprenants lors de leur utilisation du logiciel différaient souvent des activités prescrites et ne permettaient sans doute pas plus la mise en œuvre de processus de généralisation que les logiciels contrôles.
Nous avons donc effectué des modifications du logiciel, en travaillant particulièrement les messages d'aide et de diagnostic. Nous avons ensuite réalisé une expérience pilote avec des élèves de CE2, afin d'évaluer l’adéquation de AMBRE-add à des élèves de CE2. Nous avons observé que les élèves de CE2 sont beaucoup plus autonomes, mettent beaucoup moins de temps pour résoudre un problème et ont plus de facilités à utiliser AMBRE-add que les élèves de CE1. Une partie importante des élèves semble utiliser le logiciel comme nous l’avons prévu (particulièrement dans l’étape d’adaptation). Ces résultats sont encourageants et permettent de considérer que AMBRE-add est adapté à ce public. Nous avons toutefois noté deux difficultés persistantes : une compréhension superficielle des schémas pour beaucoup d’élèves, et une mauvaise compréhension du vocabulaire AMBRE.

Conception d'un module pour l'enseignant : AMBRE-enseignant

Si les enseignants utilisent peu d’EIAH avec leurs élèves, c’est peut-être parce qu’ils n’ont pas la possibilité d’agir sur les environnements qu’on leur propose. Or, pour s’approprier un EIAH, il faut que l’enseignant puisse l’adapter au contexte d’apprentissage et à sa démarche pédagogique. C’est pourquoi nous avons conçu un module destiné à l’enseignant pour AMBRE-add. Ce module, AMBRE-enseignant, permet à l’utilisateur de configurer l’EIAH destiné à être utilisé en classe avec ses élèves. Nous avons, en collaboration avec des enseignants, identifié les fonctionnalités de AMBRE-enseignant nécessaires à l’adaptabilité de l’EIAH. Nous avons en particulier conçu un système à base de connaissances qui permet à l’enseignant de générer les problèmes de son choix pour les proposer à ses élèves dans l’EIAH.