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EIAH, des points de repères

[email protected]

Historique des recherches eninformatique et éducation

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EIAH ? Enseignement programmé (années 50) Enseignement Assisté par Ordinateur

(années 70, début 80) Enseignement Intelligemment Assisté par

Ordinateur(années 80)

Systèmes coopératifs Environnements d'apprentissage contrôlé Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur

(années 90) Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain

(EIAH)

Logo et micro-mondes (années 70, début 80)

Environnements d'apprentissage ouverts (années 80)

Hypertextes

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Plusieurs visions (1) par discipline concernée :

Informatique : calculateur, gros systèmes, PC, informatique distribuée, nomade,

vestimentaireaugmentation des performances des ordinateurs, interfaces

multimodales, réalité augmentée Intelligence Artificielle

systèmes experts, IAD, intelligence collective Psychologie

behaviorisme, cognitivisme, Cognition située, distribuée, écologique, théorie de l'action, etc.

Sciences de l'éducation, Pédagogie, Sociologie Didactique des disciplines : théorie anthropologique et institutionnelle,

théorie de situations didactiques, approches épistémologique et sémiologique, approche instrumentale, approche cognitive

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Plusieurs visions (2) par disciplines concernées

rapports complexes entre les disciplines concernées par thèmes de recherche

modélisation des domaines (connaissances et raisonnements) modélisation de l'apprenant interface et interaction systèmes-apprenants gestion de l'apprentissage, assistance à l'apprenant et au formateur architectures logicielles et modèles généraux hypermédias exploration de différents paradigmes d'apprentissage

Points de repères : adoption d'un point de vue partiellement chronologique, grands courants de pensée : leur

évolution et leurs interactions points clés : rôle des machines dans l'apprentissage, statut pour la

connaissance

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Plan enseignement programmé et EAO Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement

Intelligemment Assisté par Ordinateur Logo et micromondes Hypertextes Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur et

Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain

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Enseignement programmé... enseignement : art vs une science et des techniques enseignement vu comme l'exécution d'un programme point de départ : la machine de Pressey (1926)

critique de la récitation par un élève en classe, délai entre la production d'une solution et la correction

apprentissage par l'action et la correction immédiate libérer l'enseignant des tâches fastidieuses de répétiteur

fondement théorique : Skinner et le behaviorisme participation active du sujet séquences courtes progression graduée selon le rythme personnel de l'élève réponse juste à la question posée

relation précepteur/élève pensée méthodiquement

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...et des machines à enseigner sans ordinateur

La matière à enseigner est présentée sous forme d'un programme comportant analyse organisation progression

L'élève est mis en présence de ce programme (suite de séquences ou d'unités) par l'intermédiaire d'un support (livre, fiche ou machine)

Distinction programme : division en unités élémentaires de la matière à

enseigner, articulation de ces unités, leur formulation, la progression des difficultés

machine : dispositif mettant en œuvre le programme

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Quatre principes et un exemple Principe de structuration de la matière à enseigner en unités

élémentaires (principe des petits pas)

Principe d'adaptation aux différences individuelles dans le rythme d'apprentissage

Principe de stimulation qui fonde l'apprentissage sur une participation active de l'élève sollicité par des questions auxquelles il doit fournir une réponse effective

Principe de contrôle et de connaissance immédiate de la solution (principe du feedback immédiat)

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Limites de l'enseignement programmé

enseignement par questions-réponses (méthode interrogative) ne concerne que des domaines très limités prépare idéalement à ce qui lui sert de critères : les tests

toutes les connaissances ne peuvent être définies facilement en terme de performances observables et mesurables

risque de morcellement du contenu et de défaut de synthèse l'individualisation

"le travail individualisé n'a de sens que s'il est intégré à la vie sociale coopérative"(Freinet, 1966)

nécessite une technologie adéquate pour assurer un enseignement réellement adaptatif

l'informatique : occasion de développement après essoufflement • ordinateur personnel : EAO• multimédia : logiciels éducatifs multimédia• Internet

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EAO, instrument d'enseignement

utilisations : exercices répétés (drill and practice) tutoriel résolution de problèmes laboratoire jeux dialogue

au point de vue technique programmes linéaires (tourne page) programmes à branchement programmes adaptatifs programmes génératifs

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Variations sur le sigle EAO (Vivet 1989)

Enseignement Assisté par Ordinateur, Assuré par Ordinateur, Administré par Ordinateur

(au sens administrer un médicament, au sens gérer) Évaluation Assistée par Ordinateur Enseignant

Assisté par Ordinateur, Assujetti à l' Ordinateur

Enseigné Assisté par Ordinateur Environnement Accessible par Ordinateur Échanges Améliorés par Ordinateur Exploration Assistée par Ordinateur

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Variations sur le sigle EAO (Vivet 1989)

Mais pas

Enseignant

Aboli par l'Ordinateur

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Apports théorie de l'apprentissage reposant sur des machines dont le rôle

consiste à contrôler les variables d'apprentissage pour améliorer l'efficacité de l'enseignement

mise au point de connaissances et de méthodes scientifiques sur les processus d'enseignement et d'apprentissage définir de buts éducatifs précis et les exprimer en terme de comportement observables

activités permettant à l'élève de travailler à son rythme, de participer à des simulations ou expériences

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Difficultés aucune loi d'apprentissage ne garantit l'efficacité d'une action

susceptible de modifier un comportement analyse fine de l'activité de l'élève

outils pour la comprendre l'observer pour mieux la guider

prise en compte de la nature de la connaissance en jeu, des activités et du contexte dans les apprentissages

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Limites et perspectives limites

rigidité des programmes (questions et réponses pré-enregistrées) représentation sommaire de l'élève et représentation atomisée de la

matière à enseigner pauvreté des interactions et incapacité à répondre aux questions de

l'élève perspectives (influence de Piaget et du constructivisme)

participation active de l'élève, marge d'initiative plus grande accordée à l'élève

tâches de recherche, création, résolution de problèmes complexes

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Naissances de deux courants de recherche :

poursuivre sur la programmation de l'enseignement applications de l'IA :

tuteurs intelligents pour améliorer les capacités d'adaptation à l'élève et au contexte

promouvoir l'ordinateur comme un moyen d'expression, d'expérimentation et de création pour les élèves Logo, micromondes

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Plan enseignement programmé et EAO Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement

Intelligemment Assisté par Ordinateur Logo et micromondes Hypertextes Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur,

Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain

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Enseignement Intelligemment assisté par ordinateur

point de départ : limites de l'EAO attente très forte dans les techniques issues de l'intelligence

artificielle idée de base (milieu des années 80):

les systèmes experts (SE) résolvent les problèmes en manipulant des connaissances du domaine et des connaissances sur la façon de résoudre des problèmes (des métaconnaissances)

un SE présente 3 caractéristiques intéressantes pour l'éducation il résout les problèmes posés à et par l'apprenant

• représentation des connaissances du domaineil explique les solutions qu'il a trouvées

• représentation des métaconnaissances du domaineil peut gérer une session pédagogique en tenant compte de

l'apprenant et du contexte (adaptabilité)

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Tuteurs Intelligents qu'est-ce que c'est ?

un logiciel expert dans le domaine à enseigner et expert en pédagogie

situation d'apprentissage envisagée : le TI dialogue avec un apprenant notamment à propos de la

résolution d'un problème thèmes de recherche dominant :

modélisation de l'expertise d'un domainele TI est compétent dans le domaine

modélisation de l'apprenantle TI doit comprendre ce que fait et sait l'élève

modélisation de la connaissance pédagogiquele TI doit savoir quelles activités proposer à l'élève et comment le

guider modélisation du dialogue pédagogique

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Architecture des tuteurs intelligents

quatre modules sont classiquement développés module expert modèle de l'apprenant module pédagogique interface

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Fondements théoriques constructivisme (Piaget et successeurs)

rôle déterminant du sujet qui construit ses connaissancespar interaction avec le milieu qui l'entoure;en adaptant ses connaissances à travers des phases de ruptures

et de ré-équilibrations. rôle déterminant de l'action (résolution de problèmes, ou tâche

intellectuelle) cognitivisme (théorie du traitement de l'information)

métaphore du processeur humain le monde extérieur est représenté en mémoire par des structures à partir du comportement d'un sujet on infère des traitements et des

processus sur ces structures cognitives internes enseignement : faire correspondre les structures cognitives des

experts avec celles de l'élèveen gérant la charge cognitiveen favorisant des changements dans les schémas conceptuels

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Des réalisationspar exemple Mycin, Neomycin (Clancey (1983, 1987) Camelia (Vviet 1984), Amélia (Vivet 1988) , Elise (Delozanne 1992) A+X(Nicaud) Chypre(Bernat) Pat et Algebra Brain (Koedinger, Singley, Anderson)

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Apports recueil de connaissances

auprès des experts sur la résolution de problème auprès des élèves sur les erreurs, les conceptions partielles ou

erronées, les représentations auprès des enseignants sur leur stratégies, sur la façon dont ils

pratiquent leur métier représentation des connaissances et l'ingénierie des connaissances

enrichissement des formalismes de représentation des connaissances

base de faits, base de règles et de méta-règles, graphes conceptuels

raisonnement sur des connaissances incertainesmodèles conceptuels utilisant différents niveaux de connaissance

prise de décision dynamiquement en cours de session expériences (cruelles pour les concepteurs) ont permis une évolution

des problématiques : de l'intelligence vers l'interaction

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Limites développement d'un seul des 4 modules ou de plusieurs modules mais

de façon très limitée domaines très restreints peu sortent des labos

insuffisance des modélisations de l'apprenant pour prendre des décisions pédagogiques

le TI suppose une certaine conceptualisation du domaine forçant la performance de l'apprenant dans ce cadre les résolutions, le diagnostic se fait sur la base de ce cadre pas sur les conceptualisations de l'élève

les stratégies d'enseignement sont assez intuitives et peu formalisables l'interaction avec l'apprenant est très sommaire

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Les leçons apprises remise en cause de l'idée fondatrice d'un transfert possible de

compétence entre un expert et un débutant par l'intermédiaire d'une représentation en machine

importance du rôle du maître : abandon de l'idée de machine tuteur idée de machine lieu de l'activité et assistante à l'activité

importance de l'interaction entre l'élève et le système importance de l'interaction entre les élèves entre eux

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Plan enseignement programmé et EAO Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement

Intelligemment Assisté par Ordinateur Logo et micromondes Hypertextes Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

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Logo et les micromondes rupture avec l'enseignement programmé fonder l'éducation

sur l'activité des apprenants et l'analyse de leurs besoins et de leur intérêts

plutôt que de partir d'une organisation détaillée des connaissances à apprendre

rôle de la machine : moyen d'expression et de création sous contrôle de l'apprenant donner à l'apprenant la possibilité de programmer la machine

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Logo Papert, Le jaillissement de l'esprit (1981)

faciliter l'apprentissage par la programmation et non apprentissage de la programmation

reconnaître l'importance des aspects moteurs et non langagiers dans les apprentissages

Introduit en France en 1977 expérimentations dans IREM et les écoles normales utilisé en France dans les écoles primaires mais aussi en formation

professionnelle (Renault) utilisé à l'étranger pour faciliter des apprentissages mathématiques

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Les micromondes Papert :

Ce sont des objets qui d'une certaine façon sont semblables à ceux avec lesquels on travaille dans le monde réel et, d'une autre façon, sont semblables à des objets abstraits

Définition : objets transitionnels :aident à manipuler des objets abstraits, des

passerelles entre les apprentissages intuitifs et formels mondes artificiels : l'utilisateur agit sur des objets dont le comportement

respecte certaines contraintes de fidélité et de cohérence Les expériences montrent l'importance de la structuration des activités et

de leur gestion par un enseignant compétent et motivé Tension entre

exploration libre pour favoriser la motivation, la prise de risque et le développement de l'autonomie

structuration d'activités pas entièrement planifiées mais soigneusement régulées

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Extensions de la notion de micromonde

Les multimondes : permettent de travailler sur plusieurs représentations d'un même concept exemple : Repères (Dubourg 1995)

Robotique pédagogique exemple : Roboteach (Leroux 1995)

Les simulations actives exemple : Arcade

Outils de construction géométrique exemple : Cabri-Géomètre, Géoplan problème de la géométrie dynamique

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Environnements ouverts outils informatiques pour produire, modéliser et explorer exemples :

Outils logiciels : Progiciels (tableurs, traitement de texte, organisateur d'idées etc.)Langage de programmationSystèmes de calcul formelRésolveurs

MicromondesMicromondes transitionnelsMultimondesoutils de constructions géométrique

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Apports et limites très controversés complexité de l'apprentissage due à l'interaction entre trois modèles

le modèle représenté à l'écran le modèle sous-jacent à cette représentation le modèle mental de l'usager où de l'aprenant

potentialités éducatives très importantes en particulier il permet de partager une expérience de façon non

verbale (aspect socio-constructiviste) nécessité d'une assistance durant l'activité

par l'enseignant : quelle compétence ? par le système : difficulté de choisir le niveau d'intervention

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Plan enseignement programmé et EAO Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement

Intelligemment Assisté par Ordinateur Logo et micromondes Hypertextes : cours prochain Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

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Plan enseignement programmé et EAO Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement

Intelligemment Assisté par Ordinateur Logo et micromondes HypertextesEnvironnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

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Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur

vers une synthèse tuteurs et micromondes ? oppositions

environnements prescriptifs/ environnement de travail ou productif ou d'exploration

théories de l'apprentissageacquisition de structures et procédures cognitivesactivité située dans des contextes physiques et sociaux

une convergence le déficit d'usage des TI amène à se centrer sur les activités de

l'apprenant davantage que sur la structuration du domaine à enseigner

la nécessité d'une assistance à l'activité dans les micromondes conduit à la nécessité d'une modélisation explicite des connaissances pour prendre des décisions appropriées

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Par rapport aux Tuteurs Intelligents

Enseignement vers Apprentissage moins d'attention à la structuration a priori de la matière plus d'attention portée aux activités d'apprentissage

Intelligent vers Interactif grande attention accordée à l'interaction et aux activités non verbales grande attention accordée à la représentation des connaissances à

l'interfaceinterface multimédiale système doit posséder une représentation explicite des

connaissances ?la connaissance est embarquée dans l'interaction, l'interface les

activités proposées ? Assisté par vers Avec

l'ordinateur est un des éléments du dispositif (maître, co-apprenants, réseaux)

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Par rapport aux micromondes Guidage Activités structurées Aide à l'enseignant et au formateur Nécessité d'un enseignement explicite

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Thèmes de recherche méthode de conception et d'évaluation centrée utilisateur modélisation des situations d'interaction diagnostic de compétences environnement d'apprentissage à distance apprentissage collaboratif systèmes d'assistance aux formateurs ou aux enseignants

instrumenter le métier d'enseignant

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Concepts principaux interaction (EIAO)

activité réelle avec une machine pas simplement une stimulation sens construit par l'apprenant au cours de ces activités conception de l'interaction au sens de situations d'apprentissage plus

globales visions de la connaissance

intérêts des processus métacognitifs connaissances implicites représentations intermédiaires points de vue multiples

diversité des formes d'apprentissages : styles d'interaction différents rôle de la machine : enseignant, instrument,simulant un co-apprenant prise en compte des aspects coopératifs

entre apprenants, avec l'enseignant, avec d'autres agents artificiels ou humains

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EIAHEnvironnements Informatiques pour l'apprentissage humain met l'accent sur l'accès distribué, en réseau des interactions et des

apprentissages coopérations d'agents humains et artificiels