L’objectif de la thèse est d’étayer l’activité de conception expérimentale avec l’utilisation d’un environnement informatique pour l’apprentissage humain (EIAH). La conception expérimentale correspond à une partie de la démarche d’investigation qui fait l’objet de nombreuses recherches, à la fois parce que cette activité favorise l’apprentissage mais aussi parce que c’est une tâche complexe à l’origine de difficultés identifiées.La situation que nous avons choisie est la mise en évidence de la fermentation alcoolique, thème abordé en classe de terminale scientifique de spécialité en sciences de la vie et de la terre. Les élèves doivent concevoir une expérience pour mettre en évidence ce métabolisme.La première étape de la thèse a consisté à effectuer une modélisation didactique des connaissances en jeu. Pour cela nous nous plaçons dans le cadre de la théorie anthropologique du didactique et plus précisément l’approche praxéologique (Bosch & Chevallard, 1999). Nous avons ainsi obtenu un premier résultat qui est la modélisation d’une praxéologie de référence à partir d’une analyse épistémologique des savoirs en jeu et des attentes institutionnelles.Afin d’aider les élèves dans cette activité à l’origine de difficultés, nous utilisons des supports d’étayage, portés par la plateforme informatique, LabBook. Cet EIAH structure des rapports expérimentaux, à l’aide de plusieurs outils (texte, tableur, dessin, protocole) mis à disposition des élèves. L’outil protocole « Copex », permet de pré structurer un protocole expérimental.La deuxième étape de la thèse a été de proposer un protocole pré structuré en étapes, actions et paramètres d’actions qui prend en charge les difficultés attendues, et de l’implémenter dans LabBook, en tenant compte des contraintes de l’EIAH.L’étape suivante a été de tester l’efficacité de la prise en charge de ces difficultés dans la situation proposée en classe. Pour cela nous avons ainsi réalisé deux expérimentations en classes de terminale scientifique dans trois lycées différents. Nous avons recueilli les productions des élèves ainsi que leur réponse à des questionnaires (pré-test et post-test).L’analyse des résultats a montré que l’activité proposée favorise les apprentissages des concepts en jeu, et fait évoluer les conceptions des élèves.Concernant la conception du protocole, la pré structuration proposée aide les élèves à produire des protocoles communicables et pertinents.A partir des praxéologies personnelles modélisées a priori nous avons mis en évidence la présence de praxéologies personnelles d’élèves.Les analyses effectuées ont permis de faire évoluer la situation proposée et de valider la proposition de pré structuration du protocole en étapes et en actions paramétrées.Enfin nous proposons des préconisations pour un diagnostic automatique des erreurs des élèves, dans le but de produire des rétroactions élaborées à partir du modèle praxéologique développé dans la thèse. / The thesis work involves a scaffold of the experimental design activity carried out by high school students in scientific activities using a TEL system (Technology Enhanced Learning).This type of activity promotes learning, but it is also a complex task that leads to difficulties identified in the literature. The situation highlights a specific cellular metabolism, the alcoholic fermentation, this topic being studied in high school biology classes. Students have to design an experimental procedure to highlight this metabolism.The first step of the thesis consisted in knowledge modelling for designing an experimental situation in biology. The framework used to model knowledge, is the Anthropological Theory of Didactics (ATD) and more precisely the praxeology model (Bosch & Chevallard, 1999). An epistemological analysis has been done in order to identify difficulties in this situation: difficulties related to knowledge and also to experimental procedure.A structured procedure was modelled into steps, actions and parameters, which takes into account difficulties identified a priori and implemented in a web environment named LabBook,.This TEL system offers fixed scaffolds in order to help students in an experimental design activity.The situation implemented in LabBook has been tested in three biology classes in high school, during two sets of experimentation. The analysis is based on the students’ productions and their answers to questionnaires (pre-test and post-test).The results analysis showed that the experimental design activity promotes learning and changes students’ conceptions. Regarding design experiment, the pre structuration helps students to produce relevant and communicable procedures.This reveals that students are able to use the pre-structured experimental procedure tool in LabBook.This is a requirement for students’ errors diagnosis in order to propose automatic personalised feedbacks. We make recommendations for such feedbacks based on the praxeology model developed in this thesis.

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. / The research topic of this thesis is a part of the REDIM (model driven re-engineering) research project. It focuses specifically on the analysis of tracks collected during the learning session by a TEL (Technology Enhanced Learning) system in order to provide teachers indicators calculated. In our work environment, UTL (Usage Tracking Language) allows users to define the indicators in a form close to the design patterns. It was designed to response capitalization and reuse questions. However, UTL did not initially have any means to formally specify how to calculate indicators based on tracks collected. In general, design patterns are limited to the description, they cannot be automated. In addition, textual descriptions in UTL to produce indicators from tracks do not allow generating automatically an indicator’s values.Our main research objective was therefore to define models, methods and tools for formalizing and automating the calculation of indicators. We propose an extension for UTL named DCL4UTL (Data Combination Language for UTL) to model indicators in a capitalizable, automatable and reusable form to provide meaningful indicators to teachers/designers. With this new version, the indicators can be calculated in real-time or after a learning session in the context of tutoring actions or the reengineering of learning scenarios, respectively.The originality of our approach (DCL4UTL) lies in the fact that this version not only capitalize know-how on analysis techniques of the use an TEL system, but also (1) formally describe models and calculation methods of indicators from tracks collected by a TEL system, (2) integrate external functions (from other analysis tools), and (3) create parameterized intermediate data facilitating the modeling and reuse of indicators’ calculation method. We have also developed an analysis tool to calculate modeled indicators. Our approach and language have been validated by several experiments with several existent TEL systems.