Les objectifs de ce travail (la modélisation et le diagnostic) sont réalisés grâce à la création et la mise en place d'une situation d'élaboration d'expérience où les élèves répondent au problème suivant : Comment modifier l'information génétique ? La situation de recueil des productions fait intervenir le site internet LabBook, comprenant plusieurs éditeurs dont COPEX, qui étaye l'activité d'élaboration de protocole expérimental. Cette situation permet de proposer un environnement de travail sur les neuf niveaux biologiques auxquels les élèves peuvent placer l'information génétique : Milieu, Organisme, Organe, Cellule, Noyau, Caryotype, Chromosome, Gène et ADN. Ces niveaux ont été déterminés à partir de l'étude de travaux sur les difficultés des élèves en génétique et d'une analyse épistémologique du savoir. La situation a été proposée à la suite d'une analyse a priori effectuée dans le cadre de la TSD de Brousseau (1998) et du modèle cK¢ de Balacheff (1995). L'analyse des productions d'élèves nous apporte des informations sur le niveau biologique auquel ils souhaitent réaliser leur expérience, sur l'objet biologique du niveau choisi, ainsi que le mode de modification de l'information génétique. Nous retrouvons un plus grand nombre de réponses aux niveaux Chromosome, Gène et ADN. Concernant les objets biologiques, ce sont ceux donnant leur nom aux niveaux qui sont les plus utilisés et la modification principale est un échange, une substitution. Le modèle cK¢ a aussi servi à formaliser les conceptions dégagées des productions des élèves. Nous avons pu modéliser neuf conceptions rassemblant la moitié des élèves et correspondant à la modification de l'information génétique. / The aims of this work (modelisation and diagnostic) are realised thanks to the design and the experimentation of a didactical situation with the design of an experiment that have the following problem to solve: How can we modify the genetics information? The situation designed to obtain the students' productions is on the web site LabBook and it is organised in some tools, including COPEX, which scaffold the activity of experimental procedure's design. This situation proposes an environment with the nine biological levels where students can place the genetics information: Environment, Organism, Organ, Cell, Nucleus, Caryotype, Chromosome, Gene and DNA. Those levels were determined thanks to the study of researches on the students' difficulties in genetics and thanks to the epistemological analysis of the reference knowledge. The situation was proposed after an a priori analysis in the theoretical framework of TSD of Brousseau (1998) and the cK¢ model of Balacheff (1995). The students' productions analysis give us results about the biological level where they realise their experiment, about the biological object used in this level and the method of genetics information's modification. We find more answers at levels Chromosome, Gene and DNA. About biological objects, the most used are those, which give their name to the level, and the method of modification is exchange, substitution. The cK¢ model is used too formalise conceptions obtained from the students productions. We modelised nine conceptions, which represent the conceptions of the genetics information modification for 50 percents of students.

Les EIAH sont souvent spécialisés à un domaine bien précis. Cela leur permet d’offrir des modélisations fines du domaine et de l’apprenant. L’analyse alors pro duite à partir des traces est didactiquement très fine et spécifique au domaine en question. Elle permet de guider l’apprenant en cas de difficulté et de lui proposer des activités de soutien. Cependant cette analyse est étroitement liée aux domaines didactiques, et différente d’un domaine à un autre. Dans la diversité des domaines enseignés, comment proposer un modèle tenant compte de cette multitude et permettant une analyse de l’activité de l’élève et son guidage ? Nous proposons une analyse de l’activité de l’élève hors du champ didactique pour un guidage que nous nommons macroscopique, par opposition à une analyse didactique fine. Le guidage proposé est paramétré selon le domaine afin d’être transposable. Notre approche s’appuie sur les réseaux notionnels, les étayages pédagogiques, les traces d’objets et l’inférence sur celles-ci. Leur utilisation conjointe permet la description du domaine, la modélisation de l’apprenant et son pilotage par l’EIAH. Nous présentons cette approche implantée dans iSTOA. / Intelligent Tutor Systems (ITS) are often dedicated to a specific domain. This allows them to offer accurate models of the domain and the learner. The analysis produced from traces left by the users is didactically very precise and specific to the domain in question. It allows one to guide the learner in case of difficulty and to offer her/him some support activities. However this analysis is linked to the didactic domains, and is different as a function of each domain. Faced with the diversity of teaching domains, how to propose a model taking into account this multitude and allowing an analysis of the learner activity and her/his guidance? We propose a model supporting an analysis of the learner activity outside the didactic field for guidance which we name macroscopic, as opposed to “a classic and accurate didactic analysis”. The proposed approach is generic but parameterized by a notional network to be applied to different domains of teaching. Our approach is based on notional networks, pedagogical scaffoldings, object traces and inferences from these traces. The joint use of all these concepts allows the description of the domain, the learner modellisation and his/her piloting by the system. We present this approach in a complete pedagogical platform called iSTOA.net, experimented in an ecological context.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nos travaux s’intéressent à l’ingénierie des EIAH dans le cadre d’une approche dirigée par les modèles (MDA) et aux plateformes de formation à distance comme support à l’exécution des dispositifs pédagogiques. Ils visent à assister les concepteurs pédagogiques dans la modélisation de leurs intentions pédagogiques et dans leur concrétisation dans les termes d’une plateforme de formation tout en tenant compte de la complexité des dispositifs qui se manifeste lors de l’usage. Les aspects de la complexité étant nombreux, nous nous concentrons sur le contexte institutionnel qui est définit comme l’ensemble de règles organisationnelles et de pratiques contextuelles qui influencent la conception et l’exécution des dispositifs.Nous proposons dans cette thèse un cadre conceptuel définissant le contexte institutionnel et le catégorisant selon les étapes du MDA, explicitant les interdépendances entre le contexte et le dispositif et détaillant les besoins de contextualisation.Nous proposons une démarche assistée basée sur MDA et qui va de la modélisation des intentions pédagogiques à la spécification du modèle d’un dispositif pédagogique dans les termes d’une plateforme choisie tout en respectant le contexte institutionnel. L’approche proposée se base sur la réutilisation de templates formalisant des scénarios abstraits et sur leur contextualisation afin de les adapter aux spécificités du contexte institutionnel. Pour l’étape de la transformation, un processus de transformation contextualisée qui permet aux concepteurs d’exprimer eux-mêmes leurs règles de transformation est proposé et qui les guide par les pratiques et règles contextuelles d’usage de la plateforme cible. / We are interested in our work by Technology Enhanced Learning (TEL) systems design. We aim to assist instructional designers in modelling their intents and in their expression according to the Learning Management System (LMS) where they will be enrolled. We approach a TEL system as a complex system. In order to address, at design time, this complexity that manifests at run time, we focus on contextualization of TEL systems with regard to institutional context. We define institutional context as a set of rules and practices that influence design and run of TEL systems. First, we propose a framework defining interactions between institutional context and a TEL system and exploring contextualization needs. Then, we propose an assisted contextualization process based on Model Driven Approach (MDA) that starts by modelling intents and ends by the specification of a TEL system model specific to a chosen LMS with respect to institutional context features. At intents modelling step, we propose to assist the modelling of reusable pedagogic scenarios in pedagogic templates, the reuse of existent ones and the contextualisation of them. At the step of expression intents according to the chosen LMS, a contextualized transformation process is proposed. It allows to instructional designers to define their transformation rules and then to play an active role in this step which is usually affected to experts. Transformation process is called contextualized since instructional designers are guided by contextual rules and practices of use of LMS tools. A solution is proposed for the modelling of these rules and practices.

La recherche sur les Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) et la psychologie convergent dans leur intérêt d’une meilleure compréhension du sujet et plus particulièrement dans sa modélisation, ouvrant des perspectives en éducation. La thèse, fondamentalement interdisciplinaire, vise à resserrer le lien entre la psychologie expérimentale et les EIAH dans le domaine des Problèmes Arithmétiques à Enoncés Verbaux (PAEV), tout en abordant la question plus générale d’intégration de modèles cognitifs dans les EIAH. Dans une première partie, un module de diagnostic comportemental est mis en place accompagnée d’une méthodologie de tests et d’autoévaluation pour pouvoir être employé en psychologie expérimentale. Mieux comprendre, et surtout modéliser les comportements est une étape nécessaire préalable à la mise en place du module de diagnostic épistémique. C’est l’objet de la deuxième partie, où un travail de modélisation cognitive a été effectué, qui montre par la construction de modèles exécutables que les productions des sujets peuvent être mises en lien avec des stratégies, conscientes ou non, de résolution de problèmes, telles que la réinterprétation de phrases et l’usage de mots-clefs. Dans la troisième partie, afin de répondre à la problématique du diagnostic individuel par la modélisation cognitive, une mesure adaptée à ces modèles a été mise place. Un logiciel a aussi été développé pour construire des versions simples de modèles cognitifs et les tester sur les données issues d’un EIAH. Ce logiciel et cette mesure ont ensuite été mis en application dans le cadre d’une nouvelle expérimentation sur les PAEV. / Research in psychology and in Intelligent Learning Environment (ILE) share the goal of a better understanding of the subject, more precisely in its modeling with strong educative perspectives. This Ph.D. Thesis, intrinsically interdisciplinary, aims to strengthen the link between experimental psychology and ILEs, especially in the domain of arithmetical word problem solving (WP) while addressing the more general issue of the integration of cognitive models in the ILEs. In the first part, a behavioral diagnostic module is presented, with a test-based methodology to assess its relevance in the context of experimental psychology studies. A better understanding of word problem solving behavior is a prerequisite of the development of any cognitive diagnostic module. This is the core of the second part, which presents the cognitive models put in place and compare their productions with human data. It has been shown that a large part of WP solving behavior can be explained via the light of keyword-based strategy and the alteration of the meaning of textual propositions. In the last part, in order to address the issue of individual cognitive diagnosis, a metric quantifying the fit of the diagnosis has been developed. A software has also been developed, allowing to build and test simple cognitive models over data coming from ILEs. This metric and this software have been used concretely within the context of an experimentation involving word problem solving.

Nos travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre des recherches menées sur les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) et plus particulièrement les systèmes supports aux activités collectives en contexte d'apprentissage (activités collectives qui favorisent l'apprentissage d'aptitudes ou l'acquisition de connaissances). Parmi ces activités, nous nous intéressons particulièrement à celles dont un des objectifs est l'apprentissage du travail collectif.<br /><br />Nos travaux ont conduit à la conception d'un environnement malléable support aux activités collectives, Symba. A travers la conception de Symba nous abordons les problématiques du support à la modélisation de l'activité collective par les apprenants, de la perception de l'activité et de la malléabilité de l'environnement.<br />Symba est un environnement qui permet à un enseignant de proposer à un groupe d'apprenants distants une activité qu'ils devront réaliser collectivement. L'environnement permet de décomposer l'activité en différentes étapes suivant un modèle alternant des étapes individuelles et collectives, puis propose aux apprenants de s'organiser pour réaliser chacune des étapes. Décider de l'organisation de l'étape revient à composer un plan, puis à décrire chacune des tâches le composant. A partir de l'organisation définie par les apprenants, Symba propose un environnement intégrant les ressources et outils décrits au niveau organisation, environnement d'activité au sein duquel les apprenants vont pouvoir réaliser les tâches qu'ils ont définies.

Notre recherche concerne les domaines des EIAH (Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain) et du CSCL (Computer Supported Collaborative Learning) et en particulier les situations de résolution collaborative de problème supportées informatiquement en synchrone et à distance. Nous avons considéré ces situations comme des situations de « travail collectif » telles que définie dans le CSCW (Computer Supported Cooperative Work), les apprenants étant mutuellement dépendants dans leur travail. Ces situations exigent de la part des apprenants, une activité de niveau supérieur visant à articuler leurs activités respectives. Il s'agit d'une structure abstraite qui émerge au cours de l'activité. Elle est évolutive et n'est pas prévisible. Ce concept d'auto-organisation peut être généralisé aux situations où un groupe d'apprenants doit réaliser une activité collective dont le processus n'est pas complètement prédéterminé. En particulier, dans le cas des situations qui mettent en jeu un challenge (ou défi) collectif. La prise en compte de ces dimensions organisationnelles est une question essentielle car elles ont un impact sur le processus global et elles conduisent les apprenants à s'engager dans des interactions productives de connaissances (par exemple, l'établissement d'un terrain d'entente, la planification, la résolution de conflit ou la régulation mutuelle, etc.). L'objectif de cette thèse est (1) de comprendre les éléments liés à l'organisation qu'il est important de supporter et (2) de concevoir un environnement informatique proposant (i) de supporter l'activité d' (auto)-organisation d'apprenants engagés dans un challenge pédagogique collectif et (ii) des moyens pour détecter et interpréter cette activité d'organisation afin de permettre à un tuteur de la supporter. A cette fin, nous avons supposé (1) qu'il était possible d'amener des apprenants engagés dans une activité collective à travailler explicitement sur l'organisation en leur proposant un problème, un scénario et des outils appropriés et (2) qu'il était possible de détecter, d'interpréter et d'agir dynamiquement sur l'activité d'organisation des apprenants. Les résultats de nos travaux de recherche nous permettent de proposer : 1. Une interprétation d'un modèle théorique (celui de Bardram [Bardram 98], issu du CSCW) en termes d'organisation et une instanciation de ce modèle, le modèle ALBATROM, dans le cas d'un challenge pédagogique collectif. 2. Un environnement informatique, ALBATROS et des outils spécifiques (COCOON et COCOOP) conçus en accord avec notre modèle ALBATROM. Ce système permet à des apprenants de résoudre collectivement un problème basé sur un défi. Il facilite l'explicitation de leur organisation tout en proposant les moyens de la faire évoluer dynamiquement au cours de l'action. 3. Une grille d'analyse qui a été élaborée en correspondance avec notre modèle et qui permet une meilleure compréhension de ce que font les apprenants en termes d'organisation. Cette grille permet une identification et une compréhension des moments critiques (pannes et changements de niveau dans l'organisation). Ceci afin de mettre à la disposition d'un éventuel tuteur des signaux visibles, interprétables selon notre modèle, utiles à son intervention. 4. L'analyse des résultats d'une expérimentation réalisée à partir de notre grille de codage et qui a pour objet de mesurer l'effet de notre système sur (1) l'organisation des apprenants, (2) sur la détection de cette organisation, et secondairement, (3) sur la résolution du problème et (4) sur la motivation des apprenants. 5. Un outil de gestion et de visualisation dynamique des traces pertinentes de l'activité d'organisation des apprenants présentes dans notre système permettant d'envisager un futur support semi-automatique de cette activité.

La maîtrise des concepts fondamentaux de la programmation et la capacité à réaliser des programmes simples sont les objectifs essentiels de l’enseignement dans les cours d’introduction à l’informatique. L’enseignement et l’apprentissage de la programmation sont considérés complexes, ce qui explique le taux d’abandon important de ces filières, largement documenté dans la littérature. De nombreux travaux proposent des environnements d’apprentissage de la programmation assistant les apprenants dans la maîtrise de la syntaxe et de la sémantique des langages de programmation. Toutefois, parmi les causes d’échecs, la littérature identifie un manque de capacité à décomposer et formaliser un problème sous forme d’algorithme.Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à la phase d’analyse et de mise en solution algorithmique. Cette phase a pour rôle de faire acquérir à l’apprenant une démarche de résolution de problème et de formalisation de la solution. Dans cette phase l’apprenant décrit ou structure sa solution algorithmique à l’aide d’une notation formelle (pseudo-code) indépendant de tout langage de programmation.L’étude de la littérature indique que l’amélioration de la capacité de résolution de problème passe par la pratique. Dans le cadre de la programmation pour les novices, il est nécessaire de faire de nombreux exercices (résolution de problème) avec des niveaux de difficulté croissante. Il est par ailleurs nécessaire de fournir une rétroaction en rapport avec les erreurs commises par les apprenants.Dans cet objectif nous proposons AlgoInit, un environnement Web pour l’apprentissage de l’algorithmique. En nous basant sur l’étude de la littérature, nous avons défini :- Une modélisation basée sur la taxonomie de Bloom pour définir le niveau cognitif des exercices proposés ;- Une approche d’évaluation basée sur la comparaison de la solution apprenant à une solution modèle. Pour comparer les solutions (apprenant et modèles) décrites en pseudo-code, nous passons par une étape de transformation des solutions en des arbres étiquetés construits à partir d’une base de règle ;- Des règles pour fournir rétroaction et exercices progressifs en fonction du résultat de l’évaluation de la solution de l’apprenant.Afin d’évaluer la potentialité de notre prototype, nous avons mené deux expérimentations à l’université de Djibouti. La première expérimentation a été consacrée à l’évaluation de la capacité de notre prototype à reconnaître les différentes solutions algorithmiques. Quant à la deuxième, elle a été consacrée à l’évaluation de l’intérêt pédagogique d’AlgoInit. Ces expérimentations ont montré des résultats probants sur la capacité d’AlgoInit de classer les solutions (correctes et incorrectes) et de fournir des rétroactions utiles. Les résultats indiquent également que notre système à une influence significative sur la capacité de résolution de problèmes des étudiants. / Mastering the basic concepts of programming and the ability to carry out simple programs are the essential objectives of introductory computer science courses. The teaching and learning of programming is considered complex, which explains the high drop-out rate of these programs, widely documented in the literature. Many works provide learning environments for programming that assist learners in mastering the syntax and semantics of programming languages. However, among the causes of failure, the literature identifies a lack of ability to decompose and formalize a problem in the form of an algorithm.In the context of this thesis, we are interested in the analysis and algorithmic solution phase. The purpose of this phase is to teach the learner a problem solving and formalization process. In this phase the learner describes or structures his algorithmic solution using a formal notation (pseudo-code) independent of any programming language.The literature review indicates that improving problem solving skills requires practice. As part of programming for novices, it is necessary to do many exercises (problem solving) with increasing difficulty levels. It is also necessary to provide feedback related to the mistakes made by the learners.For this purpose we propose AlgoInit, a Web environment for algorithmic learning. Based on the study of the literature, we defined:- A modeling based on Bloom's taxonomy to define the cognitive level of the proposed exercises.- An evaluation approach based on the comparison of a learning solution to a model solution. To compare the solutions (learner and models) described in pseudo-code, we go through a step of transforming solutions into labeled trees built from a rule base- Rules for providing feedback and progressive exercises based on the outcome of the learner's solution assessment.To evaluate the potential of our prototype, we have conducted two experiments at the University of Djibouti. The first experiment was devoted to evaluating the ability of our prototype to recognize the different algorithmic solutions. As for the second one, it was devoted to the evaluation of the educational interest of AlgoInit. These experiments have shown convincing results on the ability of AlgoInit to classify solutions (correct and incorrect) and to provide useful feedback. The results also indicate that our system has a significant influence on students’ problem solving ability.

Présentation de travaux sur la création d'environnements collaboratifs synchrones réutilisables pour télé-TPs.

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le domaine de la e-formation, et concernent la conception d'un environnement générique de téléTP en sciences de l'ingénierie, accompagné d'une méthodologie de mise à distance de dispositifs technologiques. Jusqu'alors la e-formation se limitait aux domaines où l'enseignement théorique prime sur l'enseignement pratique et les manipulations. Pour faire de la e-formation un outil viable et largement utilisé, les téléTP doivent y avoir une place centrale car ils répondent à un besoin reconnu d'activités pratiques dans les disciplines scientifiques et techniques. Cette intégration doit s'accompagner des mêmes facilités d'édition, d'utilisation et de réutilisabilité que les autres contenus, plus conceptuels (téléCours, téléTD, téléProjet, ...). Dans ce contexte, nous proposons un framework, nommé ICTT@Lab (generIC framework for remoTe and virTu@l Laboratory integration), s'intégrant dans une plate-forme d'e-formation aux côtés d'un LMS compatible avec la spécification IMS-LD et fournissant les services nécessaires et spécifiques à l'édition et à la réalisation de téléTP. En se basant sur des ontologies spécifiant composants et fonctionnalités classiques d'un dispositif technologique, les auteurs de scénarios peuvent désormais éditer leurs scénarios pédagogiques au format IMS-LD et les lier à une classe de dispositifs technologiques (réels ou virtuels). Ils les rendent ainsi compatibles avec n'importe quel dispositif associé à la même classe, autorisant de fait, la réutilisation de leur production sur d'autres plates-formes de téléTP. L'ensemble de cette architecture est accompagné d'une chaîne d'édition complète dédiée au téléTP. La sécurité du dispositif (point sensible à distance) donne lieu à une analyse AMDEC et une interprétation de cet aspect dans nos modèles. Une expérimentation située dans un plan d'expériences (Tagushi) a été réalisée sur un téléTP d'automatique.