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.

Cette thèse se propose de mettre en évidence les connaissances nécessaires et les apprentissages réalisés lors d'un travail de conception de protocole expérimental en chimie à l'aide d'un EIAH (Environnement Informatique pour l'Apprentissage Humain).<br />Nous nous sommes penchés sur la capacité d'élèves de Terminale S à concevoir, en utilisant l'EIAH dédié Educ@ffix.net, un protocole expérimental qui réponde au problème posé suivant : « déterminer la concentration d'une substance par spectrophotométrie ». Nous nous sommes attachés à repérer la nature des difficultés rencontrées par les élèves, de manière à distinguer celles qui relèvent de la discipline de celles qui relèvent du contexte. Nous avons également étudié les stratégies suivies ainsi que le rôle attribué au tuteur par les élèves lors de leur travail. La thèse étudie également les apprentissages liés à la tâche de conception de protocole expérimental avec l'EIAH dédié. Pour cela, nous avons repéré les connaissances théoriques et procédurales nécessaires aux élèves dans leur travail et mis en évidence les relations réalisées entre une connaissance procédurale et une connaissance théorique associée. Les résultats obtenus révèlent que (1) l'EIAH étudié permet aux élèves d'accomplir la tâche demandée, (2) des conceptions des élèves et le contrat didactique établi préalablement dans la classe entraînent des difficultés pour les élèves lors de la conception du protocole expérimental, (3) les connaissances théoriques nécessaires à la construction de connaissances procédurales ne sont pas toujours maîtrisées par les élèves de Terminale S, (4) la partie cours théorique mise à la disposition des élèves et les retours du tuteur provoquent souvent une discussion au sein du binôme qui aide à réussir la tâche et construire la connaissance procédurale.

Dans un contexte où les outils numériques et le WEB permettent la diffusion et le partage massif de ressources, le défi actuel est de trouver la bonne ressource au bon moment. Pour les ressources d’enseignement, les standards de description actuels (LOM ou ScoLOMFr par exemple) ne permettent pas une description des dimensions didactiques d’une ressource. Notre thèse est une contribution pour combler ce manque, en nous situant dans le domaine de environnements informatiques pour l’apprentissage humain (EIAH). Nous nous sommes particulièrement intéressé à la description de ressources de type « énoncé avec tâche prescrite » (ETP). Nous nous sommes placé dans le cadre de la théorie anthropologique du didactique (TAD) et avons en particulier exploité la formalisation de l’approche praxéologique proposée par le cadre T4TEL. Nous proposons quatre résultats principaux. Le premier est un modèle de description didactique de ressources (M2DR) de type ETP. Il permet la description d’un ETP sur la base de critères didactiques et de déterminer son adéquation avec un curriculum. Ce modèle est construit à partir de l’exploitation d’un modèle praxéologique de référence (MPR). Le deuxième résultat est la modélisation d’intentions didactiques, utilisées pour pouvoir chercher des ETP décrits à l’aide du modèle M2DR. Le troisième résultat est un enrichissement du cadre T4TEL, en définissant une modélisation de la tâche et en introduisant la notion de type de tâches optimum. Le quatrième résultat est la définition d’un processus de construction d’une représentation ontologique d’un MPR décrit dans T4TEL à l’aide de générateurs de types de tâches. Ce processus permet une utilisation du modèle dans un cadre informatisé. Il a été appliqué à différents MPR, dans les domaines de l’algèbre élémentaire et de la numération. Ceci a permis l’utilisation du modèle M2DR pour décrire différents ETP. / In a context where digital tools and the WEB allow for the diffusion and massive sharing of resources, the current challenge is to find the right resource at the right time. Current description standards (e. g. LOM or ScoLOMFr) do not allow the description of the didactic dimensions of a learning object. Our thesis is a contribution to fill this gap from the Technology-Enhanced Learning (TEL) field point of view. We were particularly interested in the description of mathematics exercises. We conducted our work within the Anthropological Theory of Didactics (ATD) framework. More specifically, we have exploited the formalization of the praxeological approach proposed by the T4TEL framework. Our findings and propositions are four-fold. First, we proposed a didactic resource description model (M2DR) that allows the description of a mathematics exercises based on didactic criteria and determines its suitability for a curriculum. This model is based on the use of a reference epistemological model (REM). The second result is the modeling of didactic intentions, used for searching for mathematics exercises described with the M2DR model. The third result is an enhancement of the T4TEL framework defining a task model and introducing the notion of optimal types of tasks. The fourth result is the definition of a process for implementing an ontological representation of a REM described in T4TEL using types of tasks generators. This process allows the model to be used in a computerized environment. It has been applied to different REMs in the fields of elementary algebra and numeracy. That fostered the use of the M2DR model to describe different mathematics exercises.

Ce travail de thèse porte sur les micro-décisions (Comiti, Grenier & Margolinas, 1995) c’est-à-dire les décisions didactiques de l’enseignant en classe, l’objectif est de contribuer au développement d’un système informatique capable d’accompagner l’enseignant dans ses prises de décisions.Nous avons choisi d’étudier ces décisions en entrant par un savoir : la numération en cycle 2 (Tempier, 2013). Le cadre théorique retenu pour la description de ce savoir est la Théorie Anthropologique du Didactique (Chevallard, 1998) plus spécifiquement une version implémentable : T4TEL (Chaachoua, Ferraton, & Desmoulins, 2013), (Chaachoua & Bessot, 2016).Afin de modéliser l’activité du professeur au sein d’une situation didactique et de prendre en compte ses activités en dehors de cette situation nous utilisons la structuration du milieu (Margolinas, 2004). Les micro-décisions de l’enseignant sont ainsi étudiées en rapport avec son projet d’enseignement, ses observations de l’activité des élèves, ses connaissances de type épistémiques et de type histoire didactique.Notre méthode de recherche est une ingénierie didactique dont la spécificité est d’impliquer des enseignants dans les phases d’analyse et de conception. Dans le cadre de cette ingénierie nous avons conçu : (1) une simulation du matériel de numération « bûchettes » : « SimBûchettes » ; (2) une base d’exercice pour « SimBûchettes » et (3) un dispositif expérimental. Ce dispositif expérimental est composé d’un outil de simulation côté élève dont les fondements sont didactiques - « Simbûchettes » - et d’un outil d’orchestration, côté enseignant, qui lui permet de consulter et d’organiser l’activité des élèves en temps réel - instanciation du Framework Chao (Wang, 2016) pour « Simbûchettes » -. Via notre dispositif nous avons accès aux actions de l’enseignant sachant les informations consultées concernant la production de l’élève et pouvons inférer ses micro-décisions.Ce dispositif nous a permis d’observer les décisions didactiques d’un enseignant d’une classe de CE1 pendant une année scolaire et d’affiner ainsi notre modèle des micro-décisions de l’enseignant. / This thesis work deals with micro-decisions (Comiti, Grenier & Margolinas, 1995), namely teachers’ decisions in class in relation to the subject they have to teach. Our aim is to contribute to the development of a TEL (Technology Enhanced Learning) that can guide teachers in their decisions.These decisions are analyzed through a specific field: decimal number system in cycle 2 (Tempier, 2013). For the description of this field we have chosen the Anthropological Theory of Didactics (Chevallard, 1998), more specifically an implementable version: T4TEL (Chaachoua, Ferraton, & Desmoulins, 2013), (Chaachoua & Bessot, 2016).Margolinas’s model about structuring the environment (2004) is used to take into account different learning activities during a teaching session. So, teachers’ micro-decisions are studied in relation to their teaching project, their observations of pupils’ activities, their knowledge of epistemic and didactic history type.Our research method is a didactical engineering whose specificity is to involve teachers in the analysis and design stages. In this engineering we have designed (1) a simulation of counting material “counting rods”: “SimBûchettes” ; (2) a bank of exercises for “SimBûchettes” and (3) an experimental device. This device is composed of, a simulation tool whose fundations are didactic – “Simbûchettes” -, on the pupils’ side, and on the teachers’side a classroom orchestration tool which allow teachers to consult and organize pupils’ activities in real time – Chao Framework’s instantiation (Wang, 2016) for “Simbûchettes”.Via our device we have access to teachers’ actions, and we can know what information has been consulted in pupils’ work. Then we can infer the micro-decisions teachers have made.This device has allowed us to observe teachers’ decisions in a primary class (CE1, 7 years-olds) during one school year and refine our teachers’ micro-decisions model.

Ce travail s’inscrit dans le projet « Personnalisation des EIAH » étudiant l’utilisationdes traces d’activité dans l’évaluation et la personnalisation des situations d’apprentissagemédiatisées. L’analyse des traces se fait généralement par des outils d’analyse réalisés par leschercheurs et spécifiques à leurs besoins. Les résultats publiés ne peuvent généralement pasêtre vérifiés ni comparés, ceci étant dû aux difficultés de partage des corpus et des outilsd’analyse. L’objectif de ce travail est de proposer aux chercheurs utilisant les EIAH, uneplateforme pour le partage, d’une part des corpus de traces d’interaction contextualisées et lesanalyses réalisées sur ces corpus, et des outils d’analyse et de visualisation des traces d’autrepart. L’hétérogénéité des traces produites par les EIAH, due à la variété des domainesd’apprentissage et des besoins d’analyse, fait que la proposition d’une représentationcommune ne peut répondre aux différents besoins de chercheurs pluridisciplinaires. Nousproposons l’approche par « proxy », une solution participative et incrémentale basée sur uneontologie qui définit trois modèles : un modèle de corpus définissant la structure et lesmétadonnées de description du corpus et son contenu, un modèle définissant les conceptsgénériques pouvant être retrouvés dans les corpus, et un modèle opérationnel définissant desopérations assurant l’interopérabilité entre un corpus et un outil d’analyse partagé. En nousbasant sur cette approche, nous proposons une architecture de plateforme de partage decorpus de traces et d’outils d’analyse permettant aux chercheurs de partager leurs corpus,d’accéder aux corpus partagés, et de les analyser. / This work is part of the “TEL Environments customization” project studying the use ofactivity traces in the evaluation and customization of mediated learning situations. Analyzingtraces is generally performed using analysis tools developed by researchers specifically fortheir needs. Published research results can generally not be verified or compared, due todifficulties of sharing corpora and analysis tools. The aim of this research work is to provideresearchers using TEL environments in their researches with a platform to share corpora ofcontextualized interaction traces and analyses performed on them, and to analyse thosecorpora using shared analysis and visualization tools. Heterogeneity of traces produced byTEL environments, due to the diversity of learning domains and to analysis needs makes theproposition of a common representation cannot satisfy the various needs of multidisciplinaryresearchers. We propose the “proxy” approach, a participative and incremental solution basedon an ontology which defines three models: a corpus model defining the structure anddescription metadata of the corpus and its contents, a semantic model defining genericconcepts which can be retrieved in shared corpora, and an operational model defining a set ofoperations ensuring interoperability between shared corpora and analysis tools. Based on thisapproach, we propose a platform architecture for sharing traces corpora and analysis toolsallowing researchers to share their own corpora, to access to shared corpora, and to analyzethem.

Un des objectifs principaux de la recherche actuelle dans le domaine des EIAH est de fournir une expérience éducative personnalisée, qui correspond aux besoins spécifiques de chaque apprenant (niveau de connaissances, buts, motivation etc.). Cette thèse traite de style d'apprentissage en tant que critère d'adaptation, étant donné que les différences individuelles jouent un rôle important dans le processus d'apprentissage.<br />Une première étape consiste à choisir une taxonomie appropriée pour les styles d'apprentissage. Nous proposons un « modèle unifié de style d'apprentissage », qui englobe des caractéristiques de plusieurs modèles traditionnels, établissant un vocabulaire de base unifié.<br />La méthode traditionnelle pour l'identification des styles d'apprentissage consiste à appliquer des questionnaires dédiés. Nous proposons dans cette thèse une méthode de modélisation implicite, basée sur l'analyse et l'interprétation du comportement de l'apprenant dans le système, qui ne nécessite pas un effort supplémentaire de la part de l'étudiant et qui élimine les problèmes de fidélité et de validité des questionnaires actuels. L'approche a été validée expérimentalement, obtenant des valeurs de précision élevées.<br />L'étape suivante a été d'identifier les technologies d'adaptation qui servent le mieux chaque style d'apprentissage et de définir les règles d'adaptation correspondantes. L'efficacité a été confirmée par le biais d'une étude expérimentale: les résultas obtenus (indicateurs de comportement de l'étudiant, performance, efficacité, degré de satisfaction) montrent l'influence positive de notre adaptation sur le processus d'apprentissage.<br />A partir des méthodes et techniques proposées pour la modélisation et l'adaptation, nous avons conçu un système hypermédia éducatif nommé WELSA (Web-based Educational system with Learning Style Adaptation), qui offre les fonctionnalités suivantes: i) une plateforme d'apprentissage pour les étudiants, qui leur permet de visualiser les cours, enrichie avec une fonctionnalité de collecte de traces et un module d'adaptation; ii) un outil d'analyse des traces pour l'identification des styles d'apprentissage; iii) un outil auteur pour les enseignants, qui leur permet de créer des cours conformes au format interne WELSA. La dernière partie de notre recherche a été l'évaluation globale de la plateforme WELSA. L'analyse des réponses des étudiants aux questionnaires a révélé le haut degré de satisfaction des étudiants avec le système, ainsi que leur désir d'utiliser WELSA au quotidien.<br />Le sujet nécessite une approche interdisciplinaire, exigeant la synergie entre les technologies de l'information et de la communication et les sciences de l'éducation (systèmes hypermédias adaptatifs, plateformes d'apprentissage en ligne, modélisation de l'apprenant, psychologie éducative). Les conclusions et résultas obtenus dans cette thèse ouvrent beaucoup de perspectives de recherche pour le domaine des systèmes hypermédias adaptatifs pour le e-learning.

Cette thèse concerne l'étude et la conception d'un système support d'apprentissage « entre pairs » dédié à la Formation Médicale Continue, basé sur des discussions entre médecins-apprenants à propos de cas cliniques. Ainsi, dans le système DIACOM (Discussions Interactives à bAse de Cas pour la fOrmation Médicale) les médecins décrivent, à distance, des cas issus de leur propre expérience. Un processus d'appariement des cas, qui illustrent des désaccords importants, est ensuite déclenché. Le système incite alors les auteurs des cas appariés à discuter, à distance et de façon asynchrone, d'où le nom de « forum » DIACOM. Le forum DIACOM a été expérimenté pour l'apprentissage à la prise en charge de la douleur chez l'enfant. Un modèle « générique » des cas (indépendant du domaine) et un modèle spécifique des appariements (dépendant du domaine) ont été élaborés, grâce notamment à un recueil d'expertise mené auprès d'un pédiatre spécialiste du domaine.

Notre travail de recherche s'inscrit dans le cadre du projet de recherche REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par les Modèles) qui porte sur la réingénierie d'un scénario pédagogique. Il se focalise plus précisément sur l'analyse de traces collectées en session par un EIAH pour fournir à l'enseignant des indicateurs calculés.Dans notre contexte de travail, UTL (Usage Tracking Language) permet de définir des indicateurs sous une forme proche des patrons de conception. Il a été conçu pour répondre aux questions de capitalisation et de réutilisation. Par contre, UTL ne disposait initialement pas de moyens pour spécifier formellement la façon de calculer l'indicateur à partir des traces collectées. De plus, les approches par développement ad hoc d'indicateurs ne permettent pas de modéliser de façon formelle la méthode de calcul. En général, les patrons de conception se limitent à la description, ils ne peuvent donc pas être automatisés. Des descriptions textuelles dans UTL pour produire un indicateur à partir des traces ne permettent pas de générer automatiquement les valeurs d'un indicateur.Notre principal objectif de recherche a donc été de définir des modèles, des méthodes et des outils pour la formalisation et l'automatisation du calcul d'indicateurs. Pour cela, nous avons élaboré une nouvelle version d'UTL qui intègre un langage de combinaison de données nommé DCL4UTL, qui permet de modéliser des indicateurs sous une forme capitalisable, automatisable et réutilisable afin de fournir des indicateurs signifiants à l'enseignant/concepteur. Ces indicateurs peuvent être calculés en temps réel ou après une session, respectivement dans un contexte de tutorat ou de réingénierie du scénario pédagogique.L'originalité de notre approche réside dans le fait que cette version permet non seulement de capitaliser des savoir-faire sur les techniques d'analyse d'usage d'un EIAH, mais aussi, avec le langage DCL4UTL (1) de décrire formellement dans une forme générique des méthodes de modélisation et de calcul d'indicateurs à partir des traces collectées par un EIAH, (2) d'intégrer des fonctions externes (qui proviennent d'autres outils d'analyse), et (3) de créer des données intermédiaires paramétrées facilitant la modélisation et la réutilisation de la méthode de calcul d'indicateurs. Nous avons également développé un outil d'analyse pour calculer les indicateurs modélisés.Cette version est le résultat d'une étude théorique et d'une analyse de l'état de l'art, mais aussi de travaux exploratoires sur la modélisation d'indicateurs et l'analyse de traces. L'approche et le langage ont été validés par plusieurs expérimentations avec plusieurs EIAH existants.

Cette recherche a pour objet de déterminer et de qualifier les interactions observables entre l'homme et les ordinateurs, considérés comme des machines numériques dotées d'interfaces à modalités sensibles. Elle éclaire, en les approfondissant, les concepts de virtualité, de multisensorialité et d'interactivité avant d'expliciter l'intérêt, voire l'appétence, suscitée par les Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Le travail, qui a pour cadre les représentations collectives, analyse la titrologie du quotidien " Le monde " pendant cinq ans, des enquêtes par questionnaires, des entretiens semi-directifs et des observations participantes filmées. Il prend en compte la part de socialité dans les processus décisionnels observables lors de l'utilisation des ordinateurs en réseau ou non. Un échantillon de dix-sept sujets est notamment constitué pour être soumis à une observation éthologique, selon une méthodologie segmentée en trois phases. Dans un premier temps, un entretien d'observation permet d'appréhender, à l'aide du support verbal, les positionnements individuels liés aux TIC. Retranscrits et analysés avec le logiciel Alceste, les corpus recueillis déterminent l'élaboration, entre autres, de quatre classes d'utilisateurs. Ensuite, l'observation filmée des pratiques, d'abord commentées par le sujet en présence du chercheur, puis en situation solitaire, met en évidence l'importance des modalités sensibles et des proxémies comme facteurs de comportements spécifiques. Ces derniers sont rapprochés des conduites observées chez 24 jeunes sujets, âgés de 3 à 6 ans dans un jardin d'enfants. Cette démarche multidisciplinaire souligne l'intérêt d'un rapprochement entre SHS, sciences de l'information et de la communication, approches éducatives et éthologie sociale.

Nos travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches menées sur les EIAH (Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain) dans le projet Interaction et Connaissance du LIUM. Ce projet a suscité le développement de Diagram, un EIAH dédié à l'apprentissage des concepts de la modélisation orientée objet. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'analyse des réponses de l'apprenant lors de l'activité de modélisation de construction d'un diagramme de classes UML à partir de spécifications textuelles. En l'absence de résolveur pédagogique dans ce contexte, nous proposons une méthode d'analyse automatique des diagrammes de l'apprenant. Nous présentons un outil de diagnostic basé sur la comparaison et l'appariement des constituants de plusieurs diagrammes. Cette proposition s'inspire des concepts et des techniques d'appariement de modèles et se concentre principalement sur les aspects structurels des modèles à apparier. La méthode permet d'exprimer en sortie des appariements et des différences entre le diagramme de l'apprenant et un diagramme de référence construit par un expert. La méthode est instanciée sous forme d'un composant logiciel intégré à Diagram, nommé ACDC (Automatic Class Diagrams Comparator). Les résultats d'ACDC (les différences relevées) sont traités dans Diagram pour la production de rétroactions pédagogiques synchrones destinées à l'apprenant. La pertinence et la qualité des résultats produits par ACDC ont été évaluées en dehors de Diagram sur un corpus de diagrammes collectés dans des situations réelles d'apprentissage. Une expérimentation de Diagram (après l'intégration d'ACDC) a été menée fin 2008 avec des étudiants de l'Université du Maine.