La planification à des niveaux d’abstraction plus élevés est essentielle lorsqu’il s’agit de résoudre des tâches à long horizon avec des complexités hiérarchiques. Pour planifier avec succès à un niveau d’abstraction donné, un agent doit comprendre le fonctionnement de l’environnement à ce niveau particulier. Cette compréhension peut être implicite en termes de politiques, de fonctions de valeur et de modèles, ou elle peut être définie explicitement. Dans ce travail, nous introduisons les concepts comme un moyen de représenter et d’accumuler explicitement des informations sur l’environnement. Les concepts sont définis en termes de transition d’état et des conditions requises pour que cette transition ait lieu. La simplicité de cette définition offre flexibilité et contrôle sur le processus d’apprentissage. Étant donné que les concepts sont de nature hautement interprétable, il est facile d’encoder les connaissances antérieures et d’intervenir au cours du processus d’apprentissage si nécessaire. Cette définition facilite également le transfert de concepts entre différents domaines. Les concepts, à un niveau d’abstraction donné, sont intimement liés aux compétences, ou actions temporellement abstraites. Toutes les transitions d’état suffisamment importantes pour être représentées par un concept se produisent après l’exécution réussie d’une compétence. En exploitant cette relation, nous introduisons un cadre qui facilite l’apprentissage tout au long de la vie et le raffinement des concepts à différents niveaux d’abstraction. Le cadre comporte trois volets: Le sytème 1 segmente un flux d’expérience (par exemple une démonstration) en une séquence de compétences. Cette segmentation peut se faire à différents niveaux d’abstraction. Le sytème 2 analyse ces segments pour affiner et mettre à niveau son ensemble de concepts, lorsqu’applicable. Le sytème 3 utilise les concepts disponibles pour générer un graphe de dépendance de sous-tâches. Ce graphe peut être utilisé pour planifier à différents niveaux d’abstraction. Nous démontrons l’applicabilité de ce cadre dans l’environnement hiérarchique 2D CRAFT. Nous effectuons des expériences pour explorer comment les concepts peuvent être appris de différents flux d’expérience et comment la qualité de la base de concepts affecte l’optimalité du plan général. Dans les tâches avec des dépendances de sous-tâches complexes, où la plupart des algorithmes ne parviennent pas à se généraliser ou prennent un temps impraticable à converger, nous démontrons que les concepts peuvent être utilisés pour simplifier considérablement la planification. Ce cadre peut également être utilisé pour comprendre l’intention d’une démonstration donnée en termes de concepts. Cela permet à l’agent de répliquer facilement la démonstration dans différents environnements. Nous montrons que cette méthode d’imitation est beaucoup plus robuste aux changements de configuration de l’environnement que les méthodes traditionnelles. Dans notre formulation du problème, nous faisons deux hypothèses: 1) que nous avons accès à un ensemble de compétences suffisamment exhaustif, et 2) que notre agent a accès à des environnements de pratique, qui peuvent être utilisés pour affiner les concepts en cas de besoin. L’objectif de ce travail est d’explorer l’aspect pratique des concepts d’apprentissage comme moyen d’améliorer la compréhension de l’environnement. Dans l’ensemble, nous démontrons que les concepts d’apprentissage / Planning at higher levels of abstraction is critical when it comes to solving long horizon tasks with hierarchical complexities. To plan successfully at a given level of abstraction, an agent must have an understanding of how the environment functions at that particular level. This understanding may be implicit in terms of policies, value functions, and world models, or it can be defined explicitly. In this work, we introduce concepts as a means to explicitly represent and accumulate information about the environment. Concepts are defined in terms of a state transition and the conditions required for that transition to take place. The simplicity of this definition offers flexibility and control over the learning process. Since concepts are highly interpretable in nature, it is easy to encode prior knowledge and intervene during the learning process if necessary. This definition also makes it relatively straightforward to transfer concepts across different domains wherever applicable. Concepts, at a given level of abstraction, are intricately linked to skills, or temporally abstracted actions. All the state transitions significant enough to be represented by a concept occur only after the successful execution of a skill. Exploiting this relationship, we introduce a framework that aids in lifelong learning and refining of concepts across different levels of abstraction. The framework has three components: - System 1 segments a stream of experience (e.g. a demonstration) into a sequence of skills. This segmentation can be done at different levels of abstraction. - System 2 analyses these segments to refine and upgrade its set of concepts, whenever applicable. - System 3 utilises the available concepts to generate a sub-task dependency graph. This graph can be used for planning at different levels of abstraction We demonstrate the applicability of this framework in the 2D hierarchical environment CRAFT. We perform experiments to explore how concepts can be learned from different streams of experience, and how the quality of the concept base affects the optimality of the overall plan. In tasks with complex sub-task dependencies, where most algorithms fail to generalise or take an impractical amount of time to converge, we demonstrate that concepts can be used to significantly simplify planning. This framework can also be used to understand the intention of a given demonstration in terms of concepts. This makes it easy for the agent to replicate a demonstration in different environments. We show that this method of imitation is much more robust to changes in the environment configurations than traditional methods. In our problem formulation, we make two assumptions: 1) that we have access to a sufficiently exhaustive set of skills, and 2) that our agent has access to practice environments, which can be used to refine concepts when needed. The objective behind this work is to explore the practicality of learning concepts as a means to improve one’s understanding about the environment. Overall, we demonstrate that learning concepts can be a light-weight yet efficient way to increase the capability of a system.

Très tôt dans leur cheminement, les élèves sont amenés à réaliser des apprentissages conceptuels et leur rapport aux disciplines scolaires est souvent basé sur la compréhension de différents concepts abstraits. Au premier cycle du primaire, les élèves sont invités, entre autres, à construire leur représentation de l’espace, du temps et de la société en univers social et acquérir le vocabulaire de base se rattachant à ce domaine (MELS, 2001a). Bien qu’il soit reconnu que cette compétence est essentielle au cheminement des élèves, elle occupe peu de place en classe de premier cycle du primaire (Boulet et Martel, 2017; Drolet, 2014). Pourtant, il s’avère fondamental d’outiller les élèves à observer, à lire et à comprendre certaines réalités sociales et spatiales autour d’eux et d’assurer le développement d’un réseau conceptuel centré sur les concepts d’espace, de temps et de société. L’originalité de la présente recherche repose sur le développement d’une démarche didactique qui d’une part, répond aux besoins de nombreuses enseignantes du primaire soucieuses de faire évoluer leur pratique pédagogique quant à l’enseignement de l’univers social et au recours à la lecture et à l’écriture en contexte d’intégration des matières pour faire construire les concepts abstraits chez leurs élèves. D’autre part, cette démarche offre une approche transversale, car bien que notre projet de recherche soit concentré sur les concepts abstraits du domaine de l’univers social, fondamentalement, les retombées de cette démarche didactique peuvent se manifester pour n’importe quel concept de n’importe quelle discipline scolaire. Notre recherche se distingue donc par son caractère novateur et la pertinence de sa portée théorique et pratique dans les classes du premier cycle du primaire. Elle se veut doublement pertinente : d’un point de vue scientifique, elle génère de nouvelles connaissances sur les domaines d’enseignement-apprentissage soulevés et d’un point de vue pratique, elle permet d’explorer de nouvelles stratégies en enseignement. C’est dans cette perspective que nous avons mené une recherche-développement qui poursuivait comme objectif le développement et la mise à l’essai auprès d’expertes des communautés universitaire et pratique d’un dispositif didactique utilisable pour les enseignantes du premier cycle du primaire de manière à analyser par la suite ses avantages reconnus par les expertes quant au recours à des œuvres de littérature jeunesse pour l’enseignement et à l’apprentissage des concepts abstraits. La démarche didactique développée Lire et écrire pour construire des concepts abstraits, qui implique la réalisation d’activités de lecture et d’écriture prenant appui sur des œuvres de littérature jeunesse, a été exemplifiée autour des concepts en univers social, soit le temps, l’espace et la société. L’avis d’expertes a permis de valider nos choix effectués pour construire notre cadre de référence ainsi que de valider l’adéquation de notre dispositif avec les résultats des plus récentes recherches dans le domaine (Bergeron et Rousseau, 2021; Loiselle, 2001). L’approche qualitative et exploratoire a présidé à la collecte des données. L’analyse a été conduite à partir des questionnaires soumis aux expertes des communautés universitaire et pratique ainsi que des observations effectuées en classe d’expérimentation sous l’angle des cinq composantes du modèle théorique du multi-agenda de Bucheton et Soulé (2009). / Very early on in their development, students are required to learn concepts and their relationship to school subjects is often based on the integration of various abstract concepts. In the first cycle of elementary school, students are asked, among other things, to construct their representation of the concepts of space, time and society in the social science and to acquire the basic vocabulary related to this field (MELS, 2001a). Although it is recognized that this skill is essential to students' development, it occupies little space in the first cycle of elementary school (Boulet and Martel, 2017; Drolet, 2014). Yet, it is fundamental to equip students to observe, read and understand certain social and spatial realities around them and to ensure the development of a conceptual network centered on the concepts of space, time and society. The originality of the present research lies in the development of a didactic approach that, on the one hand, meets the needs of many elementary school teachers concerned about changing their teaching practice about the teaching of the social science and the use of reading and writing in the context of subject integration to build abstract concepts in their students. On the other hand, this approach offers a cross-curricular approach, because although our research project is limited to the abstract concepts of the social science, the effects of this didactic approach can be applied to any concept in any school discipline. Our research is thus distinguished by its innovative character and the relevance of its potential application in the first cycle of elementary school. It is intended to be doubly relevant: from a scientific point of view, it will generate new knowledge on the teachinglearning domains raised, and from a practical point of view, it will make it possible to explore new teaching strategies. With this in mind, we conducted a research-development project whose objective was to develop and test a didactic device for use by first cycle elementary school teachers with experts from the academic and practical communities to analyze the advantages recognized by the experts in the use of children's literature for the teaching and learning of abstract concepts. The didactic approach developed for Lire et écrire pour construire des concepts abstraits, which involves reading and writing activities based on works of children's literature, was exemplified around the concepts of the social universe: time, space and society. The opinion of experts made it possible to validate the choices we made in constructing our frame of reference as well as to validate the adequacy of our system with the results of the most recent research in the field (Bergeron et Rousseau, 2021; Loiselle, 2001). The qualitative and exploratory approach was used to collect the data. The analysis was based on questionnaires submitted to experts as well as observations made in the experimental classrooms from the perspective of the five components of Bucheton and Soulé's (2009) theoretical model of the multi-agenda.