Cette thèse en informatique se situe dans le domaine des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH), et plus particulièrement au sein du projet AGATE (an Approach for Genericity in Assistance To complEx tasks) qui vise à proposer des modèles génériques et des outils unifiés pour permettre la mise en place de systèmes d'assistance dans des applications existantes. Dans ce projet, l'éditeur d'assistance SEPIA permet aux concepteurs d'assistance de définir un système d'assistance épiphyte grâce à des règles respectant le langage aLDEAS. Ce système d'assistance peut ensuite être exécuté par le moteur d'assistance de SEPIA pour fournir de l'assistance aux utilisateurs finaux sur les applications-cibles diverses. Dans le contexte éducatif, des enseignants peuvent souhaiter mettre en place des systèmes d'assistance pour compléter les logiciels pédagogiques ou non-pédagogiques utilisés par les apprenants. Des ingénieurs pédagogiques endossent donc le rôle de concepteurs d'assistance, alors que les apprenants sont les utilisateurs finaux des applications assistées. Notre thèse traite la problématique suivante : « Comment mettre en place un système d'assistance épiphyte en contexte éducatif en adoptant une approche générique ? Nous avons abordé cette problématique de recherche en deux étapes : tout d'abord l'étude d'assistances existantes au sein d'applications utilisées en contexte éducatif, puis l'exploitation et l'enrichissement des modèles et outils du projet AGATE pour les adapter au contexte éducatif. Dans un premier temps, nous avons étudié des applications variées utilisées par des enseignants au sein de leurs cours, ainsi que des travaux existants qui proposent des systèmes d'assistance. Nous avons ainsi identifié les caractéristiques de l'assistance, et nous les avons classées selon qu'elles permettent de proposer de l'assistance technique (utilisation de l'application, prise en main) ou de l'assistance pédagogique (feedbacks pédagogiques, guidage pédagogique). Nous avons ajouté à cette classification les différents modes de déroulement d'une assistance dans le contexte éducatif. Dans un second temps, nous avons confronté les modèles et outils proposés précédemment dans le projet AGATE aux caractéristiques de l'assistance ainsi identifiées dans le contexte éducatif. Les limites des modèles et outils précédents nous ont amené à proposer deux contributions au langage aLDEAS et au système SEPIA pour les adapter au contexte éducatif. Cette nouvelle version de SEPIA adaptée au contexte éducatif est nommée SEPIA-edu. La première limite concernait la complexité de définition de systèmes d'assistance variés en termes de déroulement. Que ce soit dans un contexte éducatif ou non, il est important de pouvoir définir facilement et de manière explicite plusieurs modes d'articulation entre les différents éléments d'un système d'assistance. Nous avons donc proposé un modèle d'articulation entre les règles aLDEAS explicitant le déroulement d'une assistance et permettant de définir des systèmes d'assistance comprenant des éléments qui se déroulent de manière successive, interactive, simultanée, progressive, indépendante. Nous avons associé à ce modèle un processus d'application automatique des contraintes des modes d'articulation aux règles qui permet de générer et/ou modifier automatiquement les règles aLDEAS en faisant en sorte qu'elles soient toujours compatibles avec le moteur d'exécution d'assistance de SEPIA. Ce modèle et ce processus ont été implémentés dans SEPIA-edu. La seconde limite est propre au domaine éducatif. Elle concernait la complexité à définir un guidage pédagogique proposant un parcours entre différentes activités au sein d'une application existante. Nous avons tout d'abord proposé un modèle d'activité permettant de délimiter les activités au sein des applications... / This thesis in computer science take place in the ILE domain (Interactive Learning Environment) and was realized within the AGATE project (an Approach for Genericity in Assistance To complEx tasks) that aims at proposing generic models and unified tools to make possible the setup of assistance systems in various existing applications. In this project, an assistance editor allows assistance designers to define assistance systems and a generic assistance engine executes these assistance systems on the various target-applications without disturbing them to help final users. These assistance systems are defined by the assistance rules that respect the aLDEAS language. In the educational context, teachers can want to set up assistance system to complete the pedagogical or non-pedagogical software used by learners. Pedagogical engineers therefore have the role of assistance designers and learners are end-users of such assisted applications. Our PhD thesis address the following research question: “How to set up an epiphytic assistance system in the educational context by adopting a generic approach?” In order to answer this research question, we realized this thesis in two steps: first, the study of existing assistances within applications used in the educational context, then the exploitation and enrichment of models and tools of the AGATE project to adapt them to the educational context. In the first step, we studied the applications used by teachers in their courses as well as existing works proposing assistance system. We identified the characteristics of assistance, and classified them by the way they propose the technical assistance (use, handling of applications) and the pedagogical assistance (pedagogical feedback, pedagogical guidance) as well as different modes to sequence assistance elements in the educational context. In the second step, we confronted the models and tools proposed previously in the AGATE project to the characteristics of the assistance identified in educational context. The limitations of the previous models and tools led us to propose two contributions to the aLDEAS language and the SEPIA system in order to adapt them to the educational context. The first limitation relates to the complex definition of various assistance systems in terms of sequence of assistance elements. Whether in an educational context or not, it is important to be able to define easily and explicitly several modes of articulation between the different elements of an assistance system. We therefore proposed a model of articulation between aLDEAS rules in five modes: successive, interactive, simultaneous, progressive, independent. We associated this model with a process of automatic application of constraints of the articulation modes to the rules. This process makes it possible to automatically generate and / or modify the aLDEAS rules by making sure that they are always compatible with the execution of SEPIA assistance engine. This model and this process have been implemented in SEPIA-edu. The second limitation is specific to the educational context. It concerns the complex definition of a pedagogical guidance proposing different learning activities within an existing application. We first proposed an activity model to delimit activities within applications. Then, a pedagogical guidance model allows to define different types of pedagogical guidance (free, sequential, contextualized, temporal, personalized). A pedagogical guidance pattern was proposed to define a composed pedagogical guidance which can combine several types of pedagogical guidance. Finally, a process of the transformation of a pedagogical guidance into aLDEAS rules allows to automatically generate and modify aLDEAS rules. This model of activity, this pedagogical guidance pattern and this process have been implemented in SEPIA-edu

Notre étude consiste à modéliser les connaissances des élèves de collège émanant d'activités de transformations d'expressions algébriques. Elle se base sur les traces des actions des élèves recueillies dans l'environnement informatique Aplusix. L'élève-utilisateur transforme librement des expressions algébriques, selon une consigne, en autant de pas de calcul qu'il le souhaite. La mise en place d'une bibliothèque de règles algébriques, correctes ou erronées, et d'un algorithme de diagnostic, utilisant une heuristique qui prend en compte la syntaxe et la sémantique des expressions transformées et dont la pertinence est validée, permet d'associer aux activités d'un élève une liste de ces règles, pondérées d'un coefficient d'utilisation, constituant une représentation du travail effectué. Le modèle de praxéologie-en-acte proposé pour décrire les connaissances met l'accent sur le décalage qui existe entre les techniques-en-acte utilisées par les élèves et celles préconisées et attendues par l'institution scolaire. Ce modèle permet aussi de décrire la stabilité et la persistance éventuelle de l'utilisation de ces techniques face à des expressions algébriques similaires, aussi bien dans un groupe d'élèves que chez un même élève. L'étude automatisée de milliers de pas de calcul provenant de pays différents sur trois niveaux scolaires, diagnostique la présence importante de praxis-en-acte inter-élèves, justifiées par la mobilisation de technologies-en-acte, et d'une faible proportion de praxis-en-acte intra-élève.

Mon sujet de thèse s'inscrit dans le contexte de l'ingénierie des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) et porte sur la mise en oeuvre d'un processus dédié à la conception collective de scénarios pédagogiques dans un contexte de réingénierie.<br />Ce processus doit pouvoir aider des équipes de conception dont le but est de décrire des situations d'apprentissage qui peuvent être opérationnalisées dans un Environnement Informatique pour l'Apprentissage Humain (EIAH).<br />Nous considérons le processus de conception des scénarios pédagogiques qui décrivent ces situations d'apprentissage comme une construction impliquant des résolutions de problèmes.<br />Ces résolutions de problèmes sont plus ou moins bien définies et donnent lieu à des processus plus ou moins planifiés ou opportunistes.<br />Une des conséquences de ce constat nous a amené à considérer les scénarios et les métamodèles utilisés pour les décrire comme des objets qui parcourent l'activité de conception.<br />C'est sur cette base que le processus que nous avons défini et instrumenté permet de caractériser un ensemble d'artefacts, qui contribuent à l'élaboration de métamodèles et de scénarios en inscrivant leur conception dans une démarche centrée utilisateurs. Cette démarche se caractérise par le fait qu'elle implique les utilisateurs de ces métamodèles et de ces scénarios dans le processus de conception.

Au cœur de notre étude se trouve la question du symbolisme dans l'enseignement des mathématiques. Motivés par le constat de la fragilité du rapport à la factorisation des élèves en fin de Troisième mis à jour dans nos recherches antérieures, nous nous sommes interrogés sur la perception qu'ont les élèves des expressions algébriques qu'ils manipulent et des différents éléments constitutifs de celles-ci. Dans le présent travail, nous nous proposons d'encadrer ce questionnement didactique par une perspective épistémologique et montrons comment celle-ci nous a permis de progresser dans l'étude du rapport au symbolisme algébrique, à différents niveaux. En effet, l'épistémologie s'est avérée un point d'appui fondamental non seulement pour orienter théoriquement notre questionnement, mais aussi pour construire et analyser certaines situations didactiques. A travers cette recherche, nous mettons en évidence l'importance d'une analyse épistémologique pour raffiner l'interprétation du rapport des élèves au symbolisme. Un prolongement possible de l'articulation entre didactique et épistémologie est ensuite envisagé dans l'environnement informatique, à travers une analyse plus systématique de certaines expressions algébriques.

Cette thèse s'intéresse aux annotations produites par des apprenants sur des documents électroniques. Les annotations sont utiles tant pour mémoriser une démarche de compréhension que pour retrouver facilement des informations. Nous remarquons que l'annotation électronique est peu pratiquée en raison des inconforts de lecture et d'annotation. De plus les annotations sont porteuses d'une sémantique implicite, perdue lors des réutilisations, comme par exemple des liens entre couleur et objectif de l'annotation. Dans ce contexte, notre objectif est de proposer des formalismes et des outils efficaces pour l'annotation électronique de ressources pédagogiques par des apprenants. Cette efficacité signifie que les dispositifs doivent être adaptés aux niveaux logiciel et matériel, qu'ils anticipent les réutilisations pour éviter l'impression systématique des documents, et qu'ils offrent les avantages d'un traitement informatisé. Elle signifie également que les annotations doivent être conservées dans leur intégralité : il est donc nécessaire d'expliciter leur sémantique tant au niveau d'une représentation formelle qu'au niveau d'un annoteur.<br />Plus précisément, notre travail comporte une proposition de représentation formelle de l'annotation, que nous implantons et testons lors d'expérimentations écologiques. En résultat, nous produisons une spécification d'annoteur efficace basé sur les métaphores du papier et de la trousse : le lecteur conserve ses habitudes papier lors de la lecture et de la création et il bénéficie des avantages d'un traitement informatisé pour la valuation, la recherche et le partage.

Cette thèse traite la notion d'indexation pédagogique et l'aborde sous l'angle de la recherche et du choix de textes pour l'enseignement des langues. Ce problème est replacé dans le champ disciplinaire de l'ALAO (Apprentissage des Langues Assisté par Ordinateur) et des apports potentiels du TAL (Traitement Automatique des Langues) à cette discipline, avant d'être confronté à des éléments provenant plus directement de la didactique des langues, pour proposer une approche empirique. Celle-ci est ensuite justifiée par l'incapacité des standards de description de ressources pédagogiques actuels à modéliser des ressources brutes de manière cohérente, en particulier des textes pour l'enseignement des langues. La thèse s'articule ensuite autour de deux questionnaires visant à connaitre les pratiques déclarées des enseignants quant à la recherche et au choix de textes dans le cadre de la tâche de planification des cours. Le premier questionnaire permet la formalisation de la notion de contexte pédagogique, qui est ultérieurement appréhendée à travers certaines de ses composantes grâce au second questionnaire. Enfin, ces premières ébauches de formalisation servent de fondement à la définition d'un modèle dont l'objectif est de rendre compte de la contextualité des propriétés dites pédagogiques quand elles sont appliquées à des ressources brutes. Des pistes d'implantation du modèle sont finalement proposées dans le cadre de la description d'un système informatique.

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 per- mettant 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 dan ıSTOA

Ce travail explore le potentiel des technologies du web sémantique et de la gestion des connaissances dans le cadre des systèmes de e-learning. Il aborde la question de la réutilisation de ressources pédagogiques existantes au travers d´un processus dit de " sémantisation ". dans ce processus le contenu pédagogique est annoté semi automatiquement par des concepts ontologiques, depuis plusieurs point de vue (domaine, pédagogie, structure, etc.). Ce processus vise à contextualiser le contenu par rapport à la conceptualisation et la stratégie pédagogique de l´enseignant. L´exploitation de ressources pédagogiques ainsi annotées est proposée dans des interfaces web dynamiques. Les technologies du web sémantique y sont utilisés pour réaliser des inférences visant à présenter et personnaliser les contenus pédagogiques montrant ainsi sur l´intérêt des standard du web sémantiques (OWL, RDF, SPARQL) dans une perspective pratique. L´implémentation repose sur le déploiement du moteur de recherche sémantique Corese. Enfin, le suivi et l´analyse de l´activité de l´apprenant est exploré au travers de visualisations et d´inférences à base de graphes pour l´analyse automatique ou manuelle des traces d´activités dans un cours sémantisé. Les outils et méthodes proposées pour l´analyse tirent parti de la sémantique formalisée et manipulée grâce aux technologies du web sémantique.

L'évaluation est indissociable des activités d'apprentissage conduites par les enseignants ou menées par les élèves. Depuis longtemps et dans différentes disciplines (didactique, sciences de l'éducation, psychologie, docimologie), elle fait l'objet de travaux et de réflexions qui contribuent à en délimiter le champ et à préciser la nature des activités supports qui permettent de la mettre en œuvre. D'une manière générale, l'évaluation a pour objectifs la régulation et la vérification des apprentissages. Mais elle joue aussi un rôle important dans la sélection des élèves et leur insertion sociale lors de la mise en place des examens et des concours. Le choix des méthodes, des outils et des techniques dépend donc en grande partie des objectifs assignés par l'enseignement.<br /><br />Historiquement, les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) utilisés dans le cadre scolaire ou dans celui de la formation continue ont toujours intégré sous des formes variées des moyens d'évaluer les utilisateurs en s'appuyant sur les méthodes, les outils et les techniques traditionnels de l'évaluation. Mais leur façon d'exprimer les résultats demeure spécifique à chaque EIAH, ce qui peut paraître naturel si on admet qu'un EIAH concerne généralement une discipline particulière et n'est utilisé la plupart du temps qu'individuellement, par l'élève ou par l'enseignant. <br /><br />Cependant, l'apparition des Espaces Numériques de Travail (ENT) remet cette situation en cause dans la mesure où les évaluations produites peuvent intéresser d'autres acteurs que l'enseignant ou l'élève et peuvent être utilisées par d'autres services présents au sein de l'ENT, en particulier les services de scolarité. Une des questions importantes que soulève l'intégration des EIAH au sein des ENT est donc celle de leur interopérabilité à travers les résultats qu'ils produisent. Cette question se pose dans des termes d'autant plus difficiles que l'intégration des EIAH dans les ENT se traduit généralement par la scénarisation de leur usage, en particulier à l'aide des langages de modélisation pédagogique. L'étude comparée des propositions faites récemment par les principales équipes travaillant sur ces questions au niveau international illustre clairement ces difficultés. <br /><br />Les recherches menées dans le cadre de cette thèse ont donc pour objet la définition d'un modèle de résultats produits par les EIAH qui puisse être utilisable dans le contexte des ENT. A partir d'un inventaire et d'une analyse approfondie des situations typiques d'évaluation reconnues par les différents spécialistes, ce modèle a été conçu en tenant compte des langages de modélisation pédagogique et en proposant de doter ces langages de propriétés utiles à la scénarisation et l'opérationnalisation des activités d'évaluation. Le langage cible sur lequel ces propriétés ont été proposées et implantées est LDL (Learning Design Language), langage utilisé principalement pour modéliser des activités pédagogiques coopératives.<br /><br />Enfin, une architecture a été conçue pour l'agrégation des résultats et leur archivage dans une base de traces favorisant leur réutilisation en vue d'une éventuelle adaptation des scénarios. Des exemples de scénarios d'évaluation réellement exécutables sur quelques ENT cibles servent de démonstrateurs aux travaux.

Pourquoi la majorité des enseignants utilisent-ils une forme frontale d'enseignement, alors que des formes plus sophistiquées et parfois plus efficaces ont été élaborées depuis longtemps ? En quoi les classes dont ils ont la charge ont-elles des caractéristiques spécifiques qui les apparentent à des systèmes complexes ? Quelles sont les formes de connaissances de l'enseignement qu'ils peuvent avoir et comment se développent-elles ? Comment étudier les régularités des événements survenant dans les classes ? Préparer un enseignement, est-ce prévoir les événements qui vont se dérouler dans la classe ou ordonner le contenu que les élèves vont apprendre ? Quels types d'outils sont à même de pouvoir assister leur activité ? Ce document essaie de répondre à ces différentes questions, et plus largement s'intéresse à la cognition engagée dans une activité d'enseignement. Nous concevons l'enseignement comme une activité consistant d'abord à être engagé dans une boucle perception-action au sein d'un environnement parfois dynamique et d'utiliser l'assistance d'outils et d'instruments, qui permettent, en tant qu'interfaces, de faire le lien entre les cognitions des protagonistes de la situation (enseignants, élèves) et les objets ou événements de l'environnement. Dans une perspective de sciences cognitives, ce cadre général est utilisé pour décrire, tout d'abord, certains aspects contextuels de l'enseignement, puis, dans le chapitre 2 les aspects liés à l'exploration et la supervision d'un environnement scolaire, le chapitre 3 au détail des heuristiques et schémas utilisés dans l'enseigne-ment, le chapitre 4 concernera les aspects liés à la connaissance de ou pour l'enseignement. La seconde partie est le pendant de la première. Y sont détaillés les outils et instruments conçus et développés pour assister cette activité qu'est l'enseignement et, en retour avoir les moyens de mieux la comprendre. Cette partie débute par une revue de la notion d'outil et d'instrument, ainsi que l'exposé de l'analyse sémantique latente, la méthode de traitement statistique de corpus textuels au cœur de la plupart de nos réalisations. Ensuite, seront présentés des instruments d'observation et d'analyse d'environnements scolaires (chapitre 5), des instruments ou outils d'aide à la planification de l'enseignement (chapitre 6), des instruments centrés sur la connaissance (chapitre 7) et, enfin, des outils de formation à l'enseignement (chapitre 8).