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Scénarios dutilisation pour la conception de Pépite Élisabeth DELOZANNE IUFM de Créteil, LIUM (Le Mans), France Brigitte GRUGEON-ALLYS IUFM dAmiensDIDIREM.

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1 Scénarios dutilisation pour la conception de Pépite Élisabeth DELOZANNE IUFM de Créteil, LIUM (Le Mans), France Brigitte GRUGEON-ALLYS IUFM dAmiensDIDIREM (Paris7) Dominique PRÉVIT IUFM de Bretagne, LIUM (Le Mans), France Juin 2003 Juin 2003

2 2 2 Plan Ø Présentation du projet Lingot Ø Pépite Fondements didactiques (Grugeon 95) Le logiciel Pépite (Jean 2000, Prévit 2002) Ø Expérimentations (Delozanne et al 2002) Ø Scénarios Ø Résultats et questions

3 3 3 Le projet Lingot Ø Objectifs Concevoir, réaliser et évaluer des environnements informatiques de diagnostic et dapprentissage pour supporter les enseignants dans la régulation des apprentissages Ø Méthodologie de conception Fondée sur recherches menées dans divers domaines conception de prototypes reposant sur des modélisations informatiques expérimentation de ces prototypes hors et en contexte Ø Domaine : algèbre élémentaire Ø Pluridisciplinarité articuler des recherches en informatique, en didactique et ergonomie cognitive w modéliser des cohérences de fonctionnement des élèves dans un domaine vaste w adopter une approche intégrée de la conception (Koedinger, Carroll, Stacey) Ø Cadre : programme Cognitique : Ecole et sciences cognitives, Les apprentissages et leurs dysfonctionnements, MRT,

4 4 4 Projet plurisdisciplinaire Didactique des Mathématiques Environnements Interactifs dApprentissage Humain Psychologie et Ergonomie Cognitive 6 partenaires : LIUM (U. Maine), DIDIREM (U. Paris 7), Laboratoire C&AF (U. Paris 8-CNRS), Equipe STICE (IUFM Créteil), IUFM dAmiens, Equipe SASO (U. Amiens) IA IHM Informatique

5 5 5 Fondements didactiques Thèse de B. Grugeon (1995) Des questions Ø Identifier et décrire des cohérences cognitives organisant le rapport personnel de lélève à lalgèbre des conditions dapprentissage adaptées pour faire évoluer les rapports personnels des élèves à l algèbre Articulation entre plusieurs cadres théoriques et travaux didactiques Résultats intéressants du point de vue du projet informatique Ø Modèle multidimensionnel de la compétence algébrique Un outil de diagnostic papier-crayon Ø Cohérences de fonctionnement en algèbre Profils cognitifs (« modèle de élève ») Ø Diversité des entrées possibles dans le champ de lalgèbre Différentes stratégies denseignement

6 6 6 Le domaine de l algèbre élémentaire Ø Dimension objet Objets de lalgèbre : expressions, formules, équations Systèmes de représentation de ces objets, w en particulier, le système de représentation symbolique algébrique en articulation avec dautres systèmes de représentation Ø Dimension outil, selon les champs de problèmes Outil de résolution via leur modélisation w pour des problèmes arithmétiques formulés en langue naturelle sous forme déquations w et au-delà, pour des problèmes intra ou extra mathématiques sous forme de relations fonctionnelles entre données et variables Outil de généralisation et de preuve dans le cadre numérique Outil de calcul dans les cadres algébrique et fonctionnel ð Modèle de la compétence algébrique à ce niveau scolaire

7 7 7 Loutil de diagnostic Ø Un ensemble de tâches de diagnostic Tâches de production et transformation dexpressions, de modélisation, de généralisation et de preuve, dinterprétation Ø Une structure danalyse multidimensionnelle Grille danalyse des réponses des élèves sappuyant sur le modéle de compétence algébrique Ø Recherche de cohérences Profil dun élève : un modéle du rapport personnel dun élève donné à lalgèbre Description quantitative w en terme de réussite/échec sur les tâches Description qualitative permettant didentifier des cohérences w Types de traitement algébrique privilégiés, technicité du calcul algébrique, flexibilité entre deux registres de représentations, type de rationalité Description de la flexibilité entre registres de représentation w Diagramme

8 8 8 Méthode de diagnostic Scénario : Brigitte Ø Objectif Positionner lélève par rapport au modèle de compétence à ce niveau scolaire Ø Tâche de diagnostic pour lenseignant Faire passer le test Interpréter les réponses de lélève à chaque exercice (codage, analyse locale) Construire un profil cognitif de lélève (analyse globale)

9 9 9 Fondements informatiques Travaux du LIUM en EIAH, IA, IHM Question : Ø Méthodes de conception de logiciels visant à favoriser des apprentissages dans des équipes pluridisciplinaires Thèmes de recherche Ø Modélisation informatique (Vivet, Balacheff, Baker, Koedinger, Stacey) Ø Instrumentation de lactivité enseignante (Vivet, Leroux, Rabardel, J. Rogalski) Ø Conception centrée utilisateur (Norman, Schneiderman), centrée sur lactivité, conception participative (Mackay, Caroll) Résultats Ø Modèle de situations dinteraction Ø Des prototypes validant des modèles Elise (Delozanne, M. Rogalski), Repères (Dubourg, Delozanne, Grugeon

10 10 Hypothèses de recherche Premier temps : projet Pépite Ø Lautomatisation au moins partielle de loutil de diagnostic est possible Ø Un logiciel peut aider les enseignants à détecter les cohérences de fonctionnement de leurs élèves Deuxième temps : projet Lingot Ø Il est possible de définir des stratégies didactiques associées à des cohérences de fonctionnement Ø Il est possible de définir des environnements informatiques pour instrumenter ces stratégies (au moins en partie)

11 11 Questions de recherche Du côté modélisation Ø En quoi lanalyse didactique contribue-t-elle à la modélisation indispensable à la conception informatique ? Ø Quelles modélisations mettre en œuvre pour aider les enseignants ? À identifier les compétences w Pépites À proposer des tâches pour faire évoluer ces compétences w Lingot Du côté didactique Ø Quelles questions leur conception et leur mise en œuvre informatique posent-elles à la didactique ? Ø Quelles questions lutilisation par des enseignants dEIAH réifiant ces modèles posent-elles à la didactique?

12 12 Le premier logiciel Pépite Ø Thèse de Stéphanie Jean (2000) Ø Questions de recherche : recueillir sur ordinateur des observables suffisamment fiables et riches pour détecter les cohérences de fonctionnement mises en évidence par la thèse de B. Grugeon automatiser au moins partiellement le codage des réponses des élèves aider les enseignants à sapproprier le profil élaborés par le logiciel

13 13 Le logiciel Pépite P ÉPI T EST P ÉPI P ROFIL Analyse transversale P ÉPI D IAG Interpretation des données Utilisateurs: Elèves Chercheurs, Profeseurs Elèves ? Logiciel

14 14 Utilisations de Pépite ContexteSituationDonnéesEffectifConcepteur présent Test-élèvesEn classe, DEAQuestionnaire +observation 120oui RechercheConstructions de profils prototypes 3oui Form. de formateurs Étude dun élève donné Questionnaire +observation 40oui Form. Initiale ou continuée Support de form. à la didactique Cf. FFO Questionnaire +observation 100oui Utilisations pilotesAI (2nd) Bilan avant BEPC Étude de leurs élèves Observation+ entretiens (à chaud et 1an après) 3oui Utilisations spontanées En classe7non 87 téléchargements

15 15 Scénarios dutilisation Trois types Ø Scénario a priori imaginés par les concepteurs Brigitte (1ere dadaptation): w Diagnostiquer et déstabiliser des fonctionnements inadaptés et installer des compétences Ø Scénarios observés Troisième : w Annette : révision brevet w Nadine : débat en classe w Marie-France : problème dorientation Seconde : w Denis et Françoise : aide individualisée w Françoise : Modifier le rapport aux erreurs, travail en binome Ø Scénarios a priori imaginés par les enseignants Marie-Christine (3 e), Arthur, Bernadette (2nde) w Bilan en début dannée sur ce qui a été vu par les collègues w Travail en binôme Françoise (1 STI) : w Organiser les révisions en début dannée w Garder une trace pour mesurer lévolution des élèves

16 16 Bilan : P ÉPI T EST, logiciel élève Ø Côté élève : Permet de recueillir les observables attendus pour le diagnostic w en dépit de difficultés prévues pour saisir des expressions algébriques Fiabilité des données pour le diagnostic ? w Globalement : ne réduit pas le spectre des réponses Sur 60 élèves toutes les réponses attendues dans lanalyse a priori sont obtenues w Pour un élève donné : DEA : cohérence globale du fonctionnement conservée / PC Constats enseignants : Sur des études de cas, permet à des enseignants dobserver des compétences ou des fragilités que les tests usuels ne font pas apparaître de reconnaitre le fonctionnement de leurs élèves À confirmer par une analyse systématique Ø Côté enseignant : constats en classe w utilisé par quelques professeurs comme support à des situations dapprentissage en formation de professeurs w offre un éventail dexercices plus large, teste plus de compétences

17 17 Bilan : P ÉPI Prof, logiciel enseignant Deux tâches avec PépiProf Ø Coder les réponses Interface adaptée et exploitée par les enseignants w Surtout les professeurs stagiaires w Leur fournit un cadre dinterprétation des réponses des élèves dans un langage quils comprennent lorsquil est contextualisé Ø Interpréter le profil de lélève Objectif de conception : w description des fonctionnements dans leur complexité Constat : w description inadaptée aux pratiques enseignantes Deux objectifs pour les enseignants Ø Se faire une idée sur les compétences des élèves (ou la compléter) Ø Organiser des activités pour cet élève (ou pour la classe)

18 18 Du côté des enseignants Leurs demandes : Ø Des propositions de remédiation associées au profil de lélève Ø La possibilité de modifier le test pour ladapter surtout en collège Ø Un feedback donné par le logiciel aux élèves Ø Un profil de la classe Ø Une formation à lutilisation du modèle didactique de compétence algébrique Ø Un éditeur dexpressions

19 19 Retours sur les questions de recherche : modélisation Ø En quoi lanalyse didactique contribue-t-elle à la modélisation indispensable à la conception informatique ? 3 classes dutilisateurs Les élèves w Analyse des tâches fondée sur lanalyse didactique a priori w Techniques de conception « classiques » en IHM centrée utilisateurs Les professeurs w Pas danalyse de tâches a priori : Inventer des scénarios dusage w Conception participative : nécessité de les intégrer davantage à léquipe de conception Formation des professeurs Les chercheurs w Étudier différentes stratégies dapprentissage et denseignement Ø Quelles modélisations mettre en œuvre pour aider les enseignants ? Pour le diagnostic w Plusieurs modélisations fonction de lutilisation Pour lapprentissage w Complexité du paramétrage des situations

20 20 Retours sur les questions de recherche (côté didactique) Ø Quelles questions leur conception et leur mise en œuvre informatique posent-elles à la didactique ? Variables pertinentes pour la description des tâches w Systématisation w Étiquetage Ø Quelles questions lutilisation par des enseignants dEIAH réifiant ces modèles posent-elles à la didactique? Conditions pour lintégration de tels EIAH dans lenseignement de lalgèbre Prise en compte des pratiques enseignantes dans la conception des outils pour lenseignant Opérationnalisation pour la formation des professeurs

21 21 Retour sur les hypothèses de recherche: diagnostic Ø Le travail de Stéphanie Jean sur le prototype Pépite a montré que : Lautomatisation au moins partielle de loutil de diagnostic est possible Ø Lanalyse des retours dutilisation a montré que Lintégration dans les pratiques enseignantes pose de redoutables problèmes Informatique w Diagnostic plus systématique et paramétrable Pour laméliorer, le faire évoluer Pour ouvrir/étendre le logiciel w Plusieurs types de diagnostic selon lutilisation Plusieurs utilisateurs : chercheur, formateur, enseignant, élève Diagnostic statique/dynamique, automatique/assisté Didactique w profils types et activités de remédiation w diagnostic pour lélève Ergonomie w procédures de diagnostic implicites des enseignants expérimentés w conditions de prises en main et dutilisation de Pépite en classe Formations et autoformations des enseignants

22 22 Le travail à réaliser Ø Diagnostic Passage du logiciel fermé PEPITE à un environnement paramétré ajustable par lutilisateur à ses besoins Ø Apprentissage Développer une base de situations dintroduction de lalgèbre Développer la liaison diagnostic – régulation w classes de profils w associer une stratégie dapprentissage adaptée à chaque profil-type Ø Expérimentation et validation versant élève versant instrumentation de lenseignant.


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