EIAH, des points de repères

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1 EIAH, des points de repères
Historique des recherches en informatique et éducation Bruillard É., Les machines à enseigner, Hermès, 1997, 320 p., 200 F, ISBN Monique Grandbastien (Eds), numéro spécial de la revue Sciences et Techniques Éducatives en hommage à Martial Vivet, Hermès, 2000, à paraître Bibliographie complémentaire Balacheff Nicolas, Vivet Martial (Eds), Didactique et Intelligence Artificielle, ouvrage collectif, La Pensée Sauvage, 1994, 302 p Numero Spécial Interaction Homme/Machine et apprentissage, coordonné par L.-O. Pochon et M. Grossen, Revue Sciences et Techniques Éducatives, Hermès, vol 4 n°1, 1997 Baron Monique, Gras Régis NICAUD Jean.-François, (Eds), Actes des deuxièmes journées EIAO de Cachan, Janvier 1991, Les éditions de l’École Normale Supérieure de Cachan, 262 p. Baron Monique, Mendelsohn P. NICAUD Jean.-François, (Eds), Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur, Actes des cinquièmes journées EIAO de Cachan, mai 1997, Hermès, 1997, 320 p., ISBN Baron Monique, Gras Régis NICAUD Jean.-François, (Eds), Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur, tome 1, Actes des troisièmes journées EIAO de Cachan, février 1993, Eyrolles, 264 p. Baron Georges-Louis et Bruillard Éric, L’informatique et ses usagers dans l’éducation, PUF, Paris, 1996, 312 p., 148 F, ISBN Georges-Louis Baron, Éric Bruillard, Jean-François Lévy, Les technologies dans la classe de l'innovation à l'intégration, EPI et INRP, Paris, 2000, 200 p., 110 F Guin Dominique, NICAUD Jean.-François, PY Dominique (Eds), Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur, tome 2, Actes des quatrièmes journées EIAO de Cachan, mars 1995, Eyrolles, 260 p. David H. Jonassen, Susan M. Lund (eds), Theoritical Foundations of Learning Environments, Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, 2000, 254p., ISBN

2 EIAH ? Enseignement programmé (années 50)
Enseignement Assisté par Ordinateur (années 70, début 80) Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur (années 80) Logo et micro-mondes (années 70, début 80) Environnements d'apprentissage ouverts (années 80) Systèmes coopératifs Environnements d'apprentissage contrôlé Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur (années 90) Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) Hypertextes

3 Plusieurs visions (1) par discipline concernée : Informatique :
calculateur, gros systèmes, PC, informatique distribuée, nomade, vestimentaire augmentation 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

4 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

5 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

6 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 Machine de Pressey (Bruillard 97 p. 34): Composée - d'une fenêtre où apparaissait une question associée à quatre choix de réponses possibles - de quatre touches correspondant aux réponses Pour choisir une réponse on abaissait la touche. Si la réponse était correcte, la question suivante apparaissait, sinon on essayait une autre touche jusqu'à l'obtention de la bonne réponse. Un système permettait de garder la trace des réponses fournies, de trnasformer la machine en auto-test.

7 ...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

8 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) Bruillard 97 p 38 Exemple d'un programme linéaire sans analyse de réponse On peut avoir des programmes avec des branchements et des analyses de réponses plus ou moins sophistiquées

9 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

10 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 Linéaire : on passe à l'activité suivante dès qu'un exercice est terminé Branchement : l'activité suivante est déterminée en fonction de la réponse effectuée à un seul exercice ou type d'exercice exemple : Elise Adaptatifs : le branchement s'effectue sur la base d'un historique des réponses exemple : Pask (1970), in Bruillard p. 57 création de langage auteur, années 75-80 Génératifs : utilisent des algorithmes pour générer problèmes et réponses

11 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

12 Variations sur le sigle EAO (Vivet 1989)
Mais pas Enseignant Aboli par l'Ordinateur

13 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

14 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

15 Limites et perspectives
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

16 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

17 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

18 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 domaine il explique les solutions qu'il a trouvées représentation des métaconnaissances du domaine il peut gérer une session pédagogique en tenant compte de l'apprenant et du contexte (adaptabilité)

19 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 domaine le TI est compétent dans le domaine modélisation de l'apprenant le TI doit comprendre ce que fait et sait l'élève modélisation de la connaissance pédagogique le TI doit savoir quelles activités proposer à l'élève et comment le guider modélisation du dialogue pédagogique

20 Architecture des tuteurs intelligents
quatre modules sont classiquement développés module expert modèle de l'apprenant module pédagogique interface

21 Fondements théoriques
constructivisme (Piaget et successeurs) rôle déterminant du sujet qui construit ses connaissances par 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'élève en gérant la charge cognitive en favorisant des changements dans les schémas conceptuels

22 Des réalisations par 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)

23 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 incertaines modèles 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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 A quoi ressemble une tortue Logo : Cf. le cartable de Big Brother Histoire de Logo en France : M. Vivet Des robots pour apprendre…, texte écrit en 1988 publié Monique Grandbastien (Eds), numéro spécial de la revue Sciences et Techniques Éducatives en hommage à Martial Vivet, Hermès, 2000, à paraître

29 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

30 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

31 Environnements ouverts
outils informatiques pour produire, modéliser et explorer exemples : Outils logiciels : Progiciels (tableurs, traitement de texte, organisateur d'idées etc.) Langage de programmation Systèmes de calcul formel Résolveurs Micromondes Micromondes transitionnels Multimondes outils de constructions géométrique

32 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

33 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

34 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

35 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'apprentissage acquisition de structures et procédures cognitives activité 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

36 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'interface interface multimédia le 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)

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

38 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

39 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

40 EIAH Environnements 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