Cours de Magister de EIAO Présenté par : Dr KHOLLADI Mohamed-Khireddine Université Mentouri Constantine Diplômé de l'INSA de Lyon France 2001 EIAO Enseignement Intelligent Assisté par Ordinateur Environnements Interactifs d’Apprentissage avec Ordinateur Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO EIAO Enseignement Intelligent Assisté par Ordinateur Environnements Interactifs d’Apprentissage avec Ordinateur Introduction Techniques Informatiques d’EIAO Production de Didacticiels Diffusion de Didacticiels Bilan économique de l’EIAO Marché de l’EIAO Développement de l’EIAO Systèmes orientés modèles de l’enseignement Systèmes orientés théorie de l’apprentissage “MEMOLAB” Architecture du modélisateur du système ET Les différents types d’apprentissage Chronologie d’un projet EIAO Exemples de systèmes d’EIAO Conclusions et bibliographie Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO 1 - INTRODUCTION 1.1 - Rôle de l’ordinateur dans l’EIAO EIAO = Ordinateur utilisé dans une tâche pédagogique et/ou administrative dans l’enseignement. EIAO = Ordinateur utilisé à des fins de didacticiels EIAO = Ordinateur assiste l’élève pendant son autoformation. EIAO utilise les disciplines suivantes : Intelligence Artificielle, Didactique, Psychologie Cognitive et Sciences de l’éducation. C’est un Tuteur Intelligent Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Exemples Lors du recyclage d’un groupe de techniciens, un formateur utilise un micro-ordinateur connecté à un canon à images pour présenter le nouveau fonctionnement d’un circuit hydraulique grâce à un programme informatique. Dans une grande école de gestion, un enseignant utilise un logiciel de simulation économique dont il modifie une ou plusieurs données pour montrer à ses élèves l’influence d’un facteur économique. Lors de la formation des responsables du réseau d’une banque, un formateur fait utiliser par ses élèves, le système expert d’aide à l’octroi d’un prêt qui sera disponible quelques semaines plus tard sur les terminaux de chaque agence. Dans le centre de documentation d’une université, les étudiants peuvent consulter des documents pédagogiques : démonstration de théorème mathématique, description d’expérience de physique, de chimie ou de biologie. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Dans tous les cas, l’ordinateur est un moyen interactif, intelligent parfois, mis à la disposition d’un formateur ou directement d’un élève, pour satisfaire à un objectif de formation. L’ordinateur : Apporte l’information Fournit l’accès à la connaissance Ne teste pas le niveau de connaissance de l’élève Ne corrige pas N’explique pas les erreurs Le formateur ou l’enseignant : Remplit les fonctions d’assistance grâce à un dialogue pédagogique Si le dialogue est pris en charge par des programmes informatiques, on parle alors de l’EIAO (EAO) ou de Didacticiel. Ordinateur tend de remplacer le formateur. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

1.2 – Position de l’EIAO/aux autres moyens d’apprentissage Se former avec un formateur permet une progression rapide (bonne mise en œuvre de l’information facilitant la compréhension, nécessite la disponibilité et la qualité du formateur). Se former soi-même sur le tas, c’est faire l’effort de rechercher de l’information (s’exercer sur des systèmes réels, se confronter aux expériences des autres pour valider ses connaissances, très enrichissant pour les meilleurs élèves et bloquant pour d’autres). EIAO permet de présenter directement l’information à l’élève (lui faire découvrir l’information au fur et à mesure, mettre à sa disposition des moyens puissants d’accès à la connaissance et de simulation et permet de valider et d’évaluer rapidement ses connaissances). Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

2 - Techniques Informatiques de l'EIAO Apporter un ensemble de connaissances à l’élève. Établir avec lui un dialogue pédagogique par des moyens informatiques Développer des programmes (didacticiels) permettront De présenter des informations à l’élève ou de fournir à celui_ci l’accès à de bases de connaissances ou de documentation. De le solliciter et de le faire réagir. De contrôler ses réactions. De choisir le parcours le mieux adapté Puissance de ces fonctions dépend Des caractéristiques du poste de travail de l’élève. Des logiciels choisis pour réaliser les didacticiels. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

2.1 – Poste de travail de l’élève Accès aux programmes de formation par terminaux ou micro-ordinateur Terminaux : poste de travail relié à un ordinateur au travers d’un réseau Ordinateur peut être : Un grand site classique de gestion et de calcul Un serveur Internet (client-serveur) Un micro-ordinateur Les programmes d’EIAO sont chargés sur cet ordinateur et partagés pour des différents utilisateurs. Micro-ordinateur L’élève travaille sur un poste de travail sur lequel est chargé un exemplaire de programme de formation. Facilite l’utilisation du mode graphique. Possibilité de connexion à des matériels audiovisuels ou à des matériels comme des similateurs analogiques, des robots, etc. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO 2.2 – Logiciels en EIAO 3 composantes logiciels forment la boîte à outils EIAO : L’éditeur, le gestionnaire d’interactions et le gestionnaire de stratégie. Editeur : Gère les informlations présentées à l’élève Offre des possibilités diverses de présentation (polices de caractères, couleurs, graphisme, interfaces audiovisuels, accès au Base de Données). Gestionnaire d’Interactions (analyseur de réponse) Sollicite l’élève (poser des questions). Contrôle ses réactions. Analyser ses réponses (avec celles prêvues par le didacticiel). Les commenter. Un modèle de réponse est formé de : Une liste des mots essentiels (mots clés) à la compréhension de la réponse. Des règles qui régissent ces mots (présence ou absence dans la réponse, ordre d’apparition, synonymes possibles, etc.). Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Gestionnaire de Stratégie : gère le cheminement de l’élève dans le cours (souvent séquentiel). Les systèmes d’EIAO se distinguent entre eux par: Type de machines sur lesquelles ils s’exécutent Puissance de l’analyseur de réponses (type de dialogue) Outils de création de didacticiels (informaticiens ou non). Exemples: DIANE, DUO de DDTEC, EGO de 3P, LOGO EURIDIS de Thomson, IMG d’IBM PLATO de Control Data, TICCIT, TENCORE d’IBM PC PEPITE pour l’Algèbre Etc. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

3 - Production de Didacticiels Nécessite de réunir : Des experts (de la matière enseignée) Des Ingénieurs de formation Récupèrer la connaissance auprès de ces experts Bâtir des scénarios (répondant aux objectifs de la formation). Experts (peu disponibles, trop imprégnés de leur sujet, pas qualités pédagogiques) Ingénieur de formation proche des ingénieurs de la connaissance en créant des bases de connaissances en Intelligence Artificielle pour appréhender la matière, rigueur dans le raisonnement, habilité à synthétiser les informations, le sens du contact et de la psychologie pour mener le dialogue. Le savoir faire pédagogique Des hommes de communication pour la reprise des scénarios, rédaction des textes, conception des graphiques, des images etc. (élaboration d’un produit attrayant et percutant) Des spécialistes des techniques pour la réalisation : Informaticiens, réalisateurs de produits audiovisuels, graphistes, etc. La mise en oeuvre d’un projet EIAO est donc affaire de professionnels. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

4 - Diffusion des Didacticiels Réussir la diffusion d’un didacticiel est aussi important que réussir sa production et tient au choix et à l’organisation des moyens. 4.1 – Choix des moyens de diffusion. Grands serveurs centralisés avec leur réseau de terminaux Micro-ordinateur avec une catégorie intermédiaire constituée par des réseaux construits autour d’un micro-ordinateur. Distribution des didacticiels sur supports magnétiques (faible capacité, risque de déterioration des supports, piratage). Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO 4.2 – Organisation des moyens de diffusion En plus de:. Choisir des moyens Diffuser des programmes jusqu’aux postes de travail des élèves Ce qui est insuffisant, Il faut : Faciliter l’accès des élèves à ces postes de travail (situation géographique, disponibilité, état de marche, convivialité, etc.). Distribution des didacticiels sur supports magnétiques (faible capacité, risque de déterioration des supports, piratage). Organiser ces postes pour que l’élève puisse se connecter : confort du poste, éclairage, absence de bruit, suivi des notes, d’édition des listes, des écrans, etc. meilleurs conditions et auto-étude des élèves. Suivre des élèves en procédant à des tests ou examens classiques (programme EIAO des textes)0 Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

5 - Bilan économique de l'EIAO Une production et une diffusion qui exigent de réunir de nombreuses compétences, d’utiliser des matériels coûteux, de mettre en place une organisation rigoureuses; à quelles conditions peut-il se rentabiliser? 5.1 – Coûts de production Evaluer les coûts de main-d’oeuvre de ces deux phases de conception et de réalisation à partir d’un nombre d’heures de production par heure élève. Evaluer les coûts des matériels et des logiciels informatiques mis en place. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO 5.2 – Eléments de rentabilité quantifiables Le temps de formation est moins long en EIAO qu’en formation classique. Le temps passé par les animateurs est considérablement diminué. Les élèves ne sont plus obligés de se déplacer. La formation de populations importantes peut être mise en place rapidement. 5.3 – Eléments de rentabilité non quantifiables Disponibilité permanente Production du didacticiel par des experts et des ingénieurs de formation. Capitalisation des connaissances. Formation professionnelle Education nationale, collectivités locales, grand public 6 – Marché de l’EIAO Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

7 - Développement de l’EIAO Projet européen COMETT pour développer les formations initiales et continues aux technologies avancées, stimuler et renforcer la coopération entre les entreprises et les universités. Projet européebn DELTA pour étudier la mise en place des structures nécessaires pour introduire les nouvelles technologies dans la formation. Equipement des écoles, universités etc. un peu partout Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

8 - Systèmes orientés modèles de l’enseignement La conception de ces systèmes supposent 4 axes de recherches: Contenus d’enseignement (modèle expert) Difficultés de l’élève (modèle élève) Méthodes d’enseignement (modèle pédagogique) Interface utilisateur (composant non négligeable dans le processus d’apprentissage). Modèle expert Le concepteur doit avoir : Compétence dans le domaine enseigné Capacité à multiplier les points de vue Expert a des démarches générales Les procédures de conception d’un système expert Analyse du domaine de référence à partir des protocoles d’expert et de novice. Construction d’un modèle expert qui tiennent compte de toutes les nuances possibles de raisonnement Construction du module de l’enseignement Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Modèle élève Tiennent compte des capacités de l’élève en proposant plusieurs niveaux d’exercices et élabore des feed-back appropriés pour chaque type d’erreur. Chaque élève a une démarche particulière (prise en compte des différences de chacun). Les connaissances de l’apprentissage sont des sous connaissances de l’expert (comparaisons des performances de l’élève avec celles de l’expert dans les mêmes conditions (modèle de recouvrement ou Overlay Model) ex: Tutoriel WUSOR. Prise en compte des erreurs (modèle de l’erreur ou BUGGY Model) dont l’ objectif est de comprendre l’origine de l’erreur et de proposer une stratégie de remédiation (SELF 88) qui a 6 Fonctions : Correction de l’erreur Aide à l’élaboration d’une action à entreprendre quand l’erreur est due à une procédure incomplète. Mise en oeuvre d’une stratégie globale pour proposer un nouveau plan d’action Construction d’un diagnostic Prévision d’actions futures (fonction de prédiction) Évaluation du travail fourni par l’élève. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Modèle pédagogique Les EIAO classiques proposaient des méthodes pédagogiques qui minimisaient le risque d’erreur de la part de l’apprenant . Les théories constructivistes (LOGO) privilégient l’activité de l’élève même s’il y a risque d’erreur puisque c’est par et avec l’erreur qu’il y a apprentissage L’apprenant explore lui-même ses solutions et lui fournit de l’aide que si cela s’avère nécessaire). Ce modèle est un ensemble de spécifications sur la manière dont le système doit construire ses interventions. Interactions avec l’élève par la sélection des problèmes qu’il doit résoudre par un guidage vers la solution en critiquant ses performances, en lui fournissant une aide appropriée lorsque l’élève le lui demande, en lui montrant des exemples. Le modèle socratique: questionner l’élève sur ses erreurs pour les faire progresser (SOPHIE). Le guidage : tels les environnements de type micro-monde (WEST). Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Interface Les logiciels actuels offrent une interface graphique sopistiquée, les manipulations directes (donc les interactions) y sont très importantes, ainsi l’écran associé à la souris participent activement à la construction du savoir de l’apprenant. Les limites des systèmes “orientés modèles d’enseignement” sont : Mauvaise anticipation du niveau de connaissance du sujet. Élève n’a pas de moyens de diagnostiquer leurs erreurs Stratégies tutoriels pour la gestion du comportement de l’apprenant ne sont pas clairement définies. Interactivité “système – élève” est dominée par les interventions du système. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

9 - Systèmes orientés théorie de l’apprentissage “MEMOLAB” Tenir compte des possibilités d’acquisition de connaissances (apprentissage). Tenir compte des possibilités de mémorisation de ces connaissances (cognition). MEMOLAB Simulation d’expérience sur la mémoire humaine. Apprentissage de la démarche expérimentale Système progressif (propose une évolution dans l’acquisition des connaissances par niveaux de complexité. Apprentissage s’effectue en franchissant progressivement les différents niveaux de la pyramide (chaque niveau contient des séquences composés d’une classe de problèmes, d’un langage d’actions, d’un langage de représentations et d’exercices. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Les 4 niveaux Niveau 0 : Utilisation de l’interface, construction d’un événement (les sujets, le matériel, la tâche et la mesure associée à cette tâche). Niveau 1 : Identification des sources de variations, début de l’expérience, construction à partir des événements de séquences significatives (paradigmes). Niveau 2 : Comparaison et modification en ne faisant varier qu’un seul paramètre à la fois (langage de description). Niveau 3 : Le sujet maîtrise les comparaisons (création d’un plan d’expériences sur l’écran). Le passage d’un niveau de la pyramide à un niveau supérieur est lié à la substitution d’un langage de commande par un langage de description. Ce système prend en compte la richesse et la complexité des processus cognitifs impliqués dans l’enseignement (mécanisme de découverte, rôle de l’entraînement, raisonnement par analogie et guidage. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

10 - Architecture du modélisateur du système ET Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO Inconvénients Amplification des erreurs et des préjugés pédagogiques traditionnels Imposition d’un état d’esprit figé Apprendre à se heurter à des difficultés réelles non fractionnées et à les surmonter lui-même Élève devient paresseux. Applications récentes des NTIC dans l’enseignement qui offrent des outils conceptuels et technologiques précieux dans la conception, la gestion et l’analyse des situations d’enseignement. Le recours aux outils des TIC permet la prise en compte de certaines variables de commande (variables de tâches et variables didactiques “verrouillage de certaines touches”) dans l’analyse et la réalisation des situations d’enseignement. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

11 - Les Différents types d'apprentissage Apprentissage par : Détection de similarité Recherche d’explication Empirique/rationnel Déductif et inductif Analogie IA et les réseaux de neuronnes (mono-couche, multi-couches, Hopfield, Kohonon) peuvent être d’une grande utilité pour créer un système d’EIAO. Architecture des tuteurs intelligents Modélisation du domaine d’enseignement Modélisation des stratégies pédagogiques Construction de modèles d’élèves Interface élève-machine Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

12 - Chronologie d'un projet EIAO Phase de mise en place d’une équipe de recherche pluridisciplinaire Phase de conception d’un environnement d’apprentissage Phase de développement (de compromis) Phase de remise en cause Phase de validation du système Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

13 - Exemples de systèmes d' EIAO Modèle ACT (1983) “Geometry Tutor et Lisp Tutor” TAPS (Training in Arithmetic Problem Solving) SCHOLAR, SOPHIE, DECIDER (Systèmes Experts d’enseignement de la Pédagogie) GUIDON (système de production – modèle de compétence formalisable : Si condition alors action etc.) WUSOR (Tutoriel , modèle de recouvrement) DEBUGGY et IDEBUGGY système de Buggy model ( Modèle d’erreurs) SELF (modèle de l’élève) Tous les didacticiels d’apprentissage de Windows. Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO

14 - Conclusions & Bibliographie L’analyse des réponses faites au clavier pose un problème. La solution de facilité consiste à pratiquer le QCM traditionnel mais elle n’est pas toujours suffisante. Les systèmes experts et l’intelligence artificielle devraient faire merveille. Le didacticiel devrait éviter toute tentative de fraude et être réutilisable à l’infini. Les techniques de mise en oeuvre sont bien connues : mots de passe hiérarchisés, dénombrement des réponses permises , choix aléatoires des questions parmi un ensemble très riche et constamment renouvelé, etc. Bibliographie Bulletin trimestriel de l’EPI EAO étude comparative TSI n°2, 1987 IPT 1985 COMMETT manuel des procédures 1986-87 Delta initial studies Bibliothèque de logiciels éducatifs CESTA Didactèque CLEO Internet sous Yahoo faire la recherche sur le mot EIAO EAO technique de l’Ingénieur revue Dr. KHOLLADI Mohamed-Khireddine - cours de EIAO