De nos jours, les systèmes tutoriels intelligents sont de plus en plus performants. Ils ont pour objectif de permettre à un apprenant ou groupe d'apprenants d'acquérir de nouvelles connaissances en s'adaptant à leurs besoins. Cependant, malgré leur objectif prometteur, ces systèmes ne sont pas très répandus dans le marché scolaire. De plus, comme l'a remarqué Sharon Aisworth (Ainsworth, 2005) les STl sont « mourants ». Le problème est de savoir quels sont les critères de qualité auxquels doit répondre un STl pour pouvoir augmenter son intégration dans le milieu académique. Beaucoup d'approches d'évaluation dnns la plupart des cas empiriques ont été proposées en réponse à ce problème. Toutefois, ces solutions empiriques ont pour principal défaut qu'il faut attendre une version fonctionnelle du STI. Par conséquenl, elles posent un problème de temps et d'argent. Afin de pallier ces difficultés, dans le présent document nous avons proposé une grille d'évaluation bidimensionnelle par inspection. En raison de leurs influences non négligeables sur l'acceptabilité d'un produit, les deux dimensions traitées dans notre grille seront l'utilisabilité (ou l'ergonomie) et l'utilité d'un STI. Notre grille est novatrice dans la mesure où elle est une compilation des différents critères d'évaluation. De plus, elle a été conçue pour une approche par inspection qui pourra guider la conception et permettre d'avoir une idée précise sur l'acceptation du STl avant un test empirique coûteux (en temps, en argent et en ressource). Afin de développer notre grille, nous nous sommes interrogés sur ce que l'on attend de chacune des composantes d'un STI. Par la suite, nous avons recensé les différentes techniques et approches d'évaluation STI réalisées jusqu'ici. À partir de cela, nous avons pu ressortir les critères d'utilité et d'ergonomie auxquels doit répondre un STl pour être acceptable. Enfin, pour montrer la pertinence de notre grille, nous l'avons appliquée à un STI mature ayant déjà subi cinq ans d'évaluation empirique à savoir ANDES. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Évaluation, STI, Utilité, Ergonomie ou utilisabilié, Qualité, Acceptabilité.

Pour améliorer le rendement des STI, de nombreux investissements matériels et immatériels ont été faits (Starkman, 2007). Cependant, les STI demeurent complexes et leur implémentation coûteuse (Aleven, 2006). En effet, plus l'apprentissage dispensé par le STI est personnalisé, plus le traitement computationnel est complexe. Réaliser et finaliser un STI capable d'évoluer de manière autonome dans un environnement complexe et riche en informations serait d'un grand intérêt. C'est à cette délicate réflexion que s'attaque mon mémoire. Tout su long de mon mémoire je présente un agent tuteur cognitif nommé CTS. Il repose sur une architecture semblable à un modèle psychologique de la conscience humaine. CTS cherche à simuler le fonctionnement de la conscience et ainsi tirer profit des phénomènes lui affairant. L'hypothèse de base est que les mécanismes de la conscience peuvent conférer au STI un comportement lui permettant de mieux gérer la complexité liée à l'environnement afin de prendre les décisions tutorielles de bonne qualité lors d'une séance d'entraînement à l'usage du bras. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Agent cognitif, Conscience, Réseau des actes, Microprocessus.

Depuis au moins une trentaine d'années, des ordinateurs ont été utilisés dans le domaine de l'enseignement. Les premiers systèmes ont été raffinés par l'intégration des techniques de l'intelligence artificielle donnant ainsi lieu aux systèmes tutoriels intelligents (STI). Les STI sont des agents autonomes et intelligents qui doivent considérer une quantité importante d'information afin de mieux suivre le raisonnement d'un apprenant et l'aider dans son processus d'apprentissage. Chez les humains, la conscience joue un rôle de premier plan dans le traitement de l'information. En effet, elle permet entre autre de filtrer l'accès aux informations fournies par l'environnement. Récemment, des chercheurs dans le domaine de la psychologie et de l'informatique ont fondé un nouvel axe de recherche lié à la conscience artificielle; le but est de tenter de reproduire les mécanismes de la conscience dans des agents logiciels afin d'augmenter leur capacité à raisonner. Ce mémoire traite de l'architecture d'un agent tutoriel intelligent « conscient ». Cette architecture est une extension du système IDA, développé par l'équipe du Pr. Stan Franklin de l'université de Memphis. Le système IDA offre un ensemble d'outils et de modèles permettant l'intégration de la conscience dans un agent logiciel. Il confère à un agent des capacités à filtrer les évènements de l'environnement pour centrer le raisonnement sur les informations les plus importantes. Cette capacité de filtrer l'information est réalisée grâce à la théorie de la conscience humaine de Baars. L'architecture qui résulte de cette adaptation de IDA est basée sur l'interaction d'agents plus simples (appelés micro-processus) qui collaborent sous la direction d'un réseau des actes (inspiré des travaux de Maes). Elle a été intégrée avec succès dans un système tutoriel intelligent pour l'entraînement des astronautes (CanadarmTutor). En plus de comporter plusieurs avantages par rapport aux architectures existantes, l'architecture proposée est générique et peut être réutilisée pour d'autres projets.

Les systèmes tutoriels intelligents (STI) sont un grand pas vers une réforme dans l'éducation. Ces systèmes offrent une souplesse d'enseignement que les autres aides pédagogiques informatiques n'ont pas. De ce fait, ils pourraient, s'ils sont bien intégrés dans un programme éducatif, décharger les professeurs pour qu'ils consacrent une attention particulière aux étudiants plus faibles. Les systèmes tutoriels intelligents atteignent cette souplesse grâce à la combinaison de sous-systèmes; l'un d'entre eux est la communication. Plusieurs recherches ont été effectuées dans ce sens notamment pour la communication en langage naturel. Cette communication peut être divisée en trois parties soit la compréhension du langage naturel, la génération de texte en langage naturel et la planification des dialogues. Cette dernière représente la base de ce type de communication. CTS (Cognitive Tutoring System) est un moteur de système tutoriel intelligent basé sur la conscience d'accès développée par le GDAC. CTS a été intégré à Canadarm Tutor pour son développement. Ce mémoire traite de l'ajout d'un système de planification du dialogue basé sur les travaux effectués sur Beetle. Dans un premier temps, plusieurs correctifs seront apportés au fonctionnement du Réseau des Actes pour tenter de stabiliser son comportement; d'autres amèneront le système plus près de ses fondements notamment l'ajout de la délibération. L'ajout du planificateur tel que décrit dans le STI de Beetle s'effectuera dans un second temps et utilisera l'architecture unique de CTS pour le faire. Cette combinaison d'architecture apportera plusieurs avantages et donnera un système de planification de dialogue générique et augmentable. ______________________________________________________________________________

Les systèmes tuteurs intelligents sont considérés comme un remarquable concentré de technologies qui permettent un processus d'apprentissage. Ces systèmes sont capables de jouer le rôle d'assistants voire même de tuteur humain. Afin d'y arriver, ces systèmes ont besoin de maintenir et d'utiliser une représentation interne de l'environnement. Ainsi, ils peuvent tenir compte des évènements passés et présents ainsi que de certains aspects socioculturels. Parallèlement à l'évolution dynamique de l'environnement, un agent STI doit évoluer en modifiant ses structures et en ajoutant de nouveaux phénomènes. Cette importante capacité d'adaptation est observée dans le cas de tuteurs humains. Les humains sont capables de gérer toutes ces complexités à l'aide de l'attention et du mécanisme de conscience (Baars B. J., 1983, 1988), et (Sloman, A and Chrisley, R., 2003). Toutefois, reconstruire et implémenter des capacités humaines dans un agent artificiel est loin des possibilités actuelles de la connaissance de même que des machines les plus sophistiquées. Pour réaliser un comportement humanoïde dans une machine, ou simplement pour mieux comprendre l'adaptabilité et la souplesse humaine, nous avons à développer un mécanisme d'apprentissage proche de celui de l'homme. Ce présent travail décrit quelques concepts d'apprentissage fondamentaux implémentés dans un agent cognitif autonome, nommé CTS (Conscious Tutoring System) développé dans le GDAC (Dubois, D., 2007). Nous proposons un modèle qui étend un apprentissage conscient et inconscient afin d'accroître l'autonomie de l'agent dans un environnement changeant ainsi que d'améliorer sa finesse. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Apprentissage, Conscience, Agent cognitif, Codelet.

Les systèmes auteurs (SA) constituent aujourd'hui des outils vitaux en ce qui a trait aux activités de conception de cours dans le domaine du Design Pédagogique (DP). Ces activités permettent d'élaborer des systèmes tuteurs dotés d'une intelligence permettant d'offrir un cadre d'apprentissage et de formation approprié. Cette activité souffre toutefois d'un manque crucial car les SA actuels ne prennent pas en compte l'utilisation de théories pertinentes auxquelles peut se référer le concepteur. Le concepteur n'est ainsi pas en mesure d'avoir accès à ces théories directement à partir du SA. Face à cela, il devient difficile de garantir l'effet de l'apprentissage, car la structure de cours conçue à l'aide des SA ne peut être correctement validée. C'est pour faire face à ces problèmes et fournir une assistance active durant le processus de DP que le présent projet nommé CIAO a été initié. Il a pour objectif de développer un outil d'assistance active basé sur l'usage d'ontologies de théories du Design Pédagogique. Dans le cadre de ce projet, nous avons axé notre attention sur la mise à la disposition du concepteur en tout temps d'une base de connaissance regroupant les théories de l'instruction, de l'apprentissage et du DP. L'accès à ces théories et au savoir qu'elles contiennent permettra à l'auteur de garantir une structure de cours fiable et efficace. Pour la mise en oeuvre, nous avons utilisé (1) une base de connaissances contenant les théories associées aux activités de Design Pédagogique; Cette base de connaissance permettra au concepteur d'explorer en tout temps les théories qu'elle contient et lui permettra d'obtenir des informations clés pour la réalisation de ses activités de DP; (2) des modèles de structures représentés sous forme de scénarios pédagogiques; Ces scénarios constituent le lien entre notre système CIAO et les SA utilisés par le concepteur. Ils pourront être analysés, validés et modifiés en vue de les rendre compatibles aux normes de construction de cours et principalement aux objectifs et attentes visés par le concepteur. L'outil développé dans le cadre de ce projet permet alors d'intégrer une assistance active basée sur des théories pertinentes du Design Pédagogique. Cette assistance est jusqu'à présent l'élément manquant dans les SA. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assistance au Design Pédagogique, Système tuteur et ontologies, Systèmes auteurs et assistance aux concepteurs, Conception intelligente par Ontologies.

Pour construire des systèmes tutoriels intelligents capables d'offrir une assistance hautement personnalisée, une solution populaire est de représenter les processus cognitifs pertinents des apprenants à l'aide d'un modèle cognitif. Toutefois, ces systèmes tuteurs dits cognitifs ne sont applicables que pour des domaines simples et bien définis, et ne couvrent pas les aspects liés à la cognition spatiale. De plus, l'acquisition des connaissances pour ces systèmes est une tâche ardue et coûteuse en temps. Pour répondre à cette problématique, cette thèse propose un modèle hybride qui combine la modélisation cognitive avec une approche novatrice basée sur la fouille de données pour extraire automatiquement des connaissances du domaine à partir de traces de résolution de problème enregistrées lors de l'usagé du système. L'approche par la fouille de données n'offre pas la finesse de la modélisation cognitive, mais elle permet d'extraire des espaces problèmes partiels pour des domaines mal définis où la modélisation cognitive n'est pas applicable. Un modèle hybride permet de profiter des avantages de la modélisation cognitive et de ceux de l'approche fouille de données. Des algorithmes sont présentés pour exploiter les connaissances et le modèle a été appliqué dans un domaine mal défini : l'apprentissage de la manipulation du bras robotisé Canadarm2. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Systèmes tutoriels intelligents, cognition spatiale, robotique, fouille de données

Des avancées importantes ont été réalisées au cours de ces dernières décennies dans le domaine du E-learning. Ceci permet par exemple l'interopérabilité des plates-formes et l'adaptation du déroulement des apprentissages à l'apprenant. Mais certains composants du E-learning comme l'évaluation en ligne des apprentissages, sont encore en phase de développement. Comme conséquence de ce retard, dans la plupart des plates-formes de E-learning, les évaluations sont sous le format classique des tests malgré leurs limites et problèmes de précision. Or, en mettant à profit des techniques d'intelligence artificielle (lA), des théories en psychométrie et les normes actuelles dans le domaine du E-learning, il est possible d'intégrer des fonctionnalités permettant d'administrer des évaluations adaptatives et plus informatives à ces plates-formes. Les travaux présentés dans ce mémoire se situent dans ce contexte. Le mémoire présentera des algorithmes et des stratégies permettant l'adaptation des évaluations selon le niveau des habiletés cognitives des apprenants. Les résultats de ces évaluations serviront à faire un diagnostic cognitif sur les apprentissages de ces apprenants. Pour ce faire, nous devons nous assurer de la véracité des réponses fournies par les apprenants. Un mécanisme de détection de patrons de réponses inappropriées sera donc implémenté. Cette dernière fonctionnalité et le diagnostic cognitif seront présentés de façon sommaire. La plate-forme développée qui intègre toutes ses fonctionnalités est nommée PersonFit. Elle sera présentée ainsi que des stratégies permettant son intégration dans la plate-forme de E-learning Moodle. Finalement, une présentation et discussion sur les résultats d'implémentation permettront de juger de la pertinence et de l'efficacité du travail effectué. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : E-learning, Systèmes Tutoriels Intelligents, Théorie de la Réponse à l'Item, E-testing, Modèle de l'apprenant, Adaptation à l'apprenant, Moodle, PersonFit.

Cette thèse illustre le rôle que l'Ingénierie Ontologique (IO) peut jouer dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Même si ce rôle touche à la fois la conception et la diffusion de l'apprentissage, nous nous attardons sur son rôle dans la conception. Nous montrons alors comment il vise à combler un manque, celui de l'assistance aux concepteurs. Notre but est donc de faire la preuve de la contribution possible de l'IO dans l'ingénierie des EIAH, et pour illustrer cette preuve, nous prenons l'assistance aux concepteurs pédagogiques comme exemple de situation où l'IO est utile. Nous abordons le problème, en le posant de la façon suivante: Comment assister les concepteurs pédagogiques dans leur tâche parfois complexe de design pédagogique (DP), alors que les systèmes auteurs ne leur offrent pas l'assistance nécessaire pour concevoir des scénarios sémantiquement corrects, c'est-à-dire des scénarios valides du point de vue des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique (TPAED), ni le moyen de procéder à une telle validation sémantique? Nous montrons que la cause principale de ce manque dans les systèmes auteurs (incluant les systèmes orientés pédagogie, orientés performance, hypermédias, adaptatifs et collaboratifs et Web, pour n'en nommer que quelques-uns) est leur faible représentation explicite du DP et des TPAED dans leur modèle pédagogique. Nous privilégions une approche d'IO basée sur le Web sémantique afin de profiter des technologies bien établies et standardisées qui en découlent, à savoir les langages Web basés sur la syntaxe XML, les services Web et les annotations sémantiques. Pour mettre en oeuvre notre thèse, nous proposons la conception d'un système d'aide permettant d'apporter au concepteur pédagogique l'assistance dont il a besoin lors de l'utilisation de tout système auteur. Nous nommons ce système CIAO, ce qui signifie qu'il s'agit d'un système d'aide à la Conception Intelligemment Assistée par des Ontologies. CIAO exploite une ontologie formalisant les TPAED, dont nous assurons la construction selon une approche d'IO que nous proposons. Les services offerts au concepteur sont assurés grâce à des règles de validation syntaxique et sémantique que nous avons créées et intégrées à CIAO. Quelle que soit la situation dans laquelle l'IO est utilisée, il s'agit d'un processus complexe qu'il faut avant tout développer de façon méthodologique. Cette thèse apporte aussi une solution sur cet aspect méthodologique de l'IO, puisque nous proposons une Méthode Intégrée d'IO appelée, MI2O. Cette méthode est dite intégrée parce qu'elle tient compte des points forts des principales méthodes d'IO et du standard du génie logiciel IEEE 1074-1995 (l'ontologie étant considérée comme un produit du génie logiciel). Notre contribution peut se résumer ainsi: (1) La méthode MI2O, utilisée pour construire l'Ontologie des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique ou OTPAED ; (2) L'OTPAED, une contribution originale pouvant être exploitée par tous les systèmes auteurs d'EIAH ; (3) Le système CIAO, un système réactif d'assistance en design pédagogique qui donne, entre autres, du conseil pour la conception des scénarios pédagogiques syntaxiquement/sémantiquement valides selon une théorie déterminée. Ainsi, il offre une validation flexible de scénarios selon les standards du DP (par ex. IMS Learning Design) et selon les TPAED. Le prototype que nous avons développé tend à montrer le potentiel de l'IO en contexte de DP en illustrant (à travers plusieurs scénarios d'utilisation de CIAO) comment des ontologies peuvent être exploitées pour assister le concepteur pédagogique; (4) Les règles de validation syntaxiques et sémantiques de CIAO. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnement interactif pour l'apprentissage humain, Ingénierie ontologique, Intelligence artificielle dans l'éducation, Méthodologie, Ontologie, Représentation des connaissances, Système auteur, Système tutoriel intelligent, Théories et paradigmes de l'apprentissage, de l'enseignement et du design pédagogique.

Le problème traité dans cette thèse concerne l'individualisation de l'apprentissage dans un Système Tutoriel Intelligent dédié à l'apprentissage de la lecture pour les enfants en CP. On considère que l'individualisation de l'apprentissage est à la charge des agents rationnels qui se basent sur le modèle de l'apprenant pour intervenir sur les trois niveaux de l'individualisation : -individualisation de l'objectif de la prochaine session d'apprentissage, -individualisation de la séquence de situations didactiques types (plan d'enseignement) pour cet objectif, et enfin, -individualisation de l'activité didactique elle-même, pour arriver à la présentation de situations didactiques instanciées à l'élève. L'approche objet pédagogique a été adoptée pour représenter l'activité didactique et bénéficier de tous les avantages du paradigme orienté objet (réutilisation, adaptation souplesse). L'objet pédagogique ouvre sur des problèmes techniques (exigences technologiques) et d'autres pédagogiques (exigences théoriques ou rationnelles). La prise en compte des exigences théoriques nous a conduit à travailler sur la relation théorie-méthode, c'est-à-dire, proposer une méthode de conception prenant pour base théorique la théorie instrumentale pour concevoir l'objet pédagogique. Le travail de thèse montre comment utiliser le concept d'instrument pédagogique et le représenter dans le système informatique. Ce concept constitue aussi la clé de conception de l'agent d'individualisation intégré dans l'objet pédagogique. La conception d'un objet pédagogique intelligent intégrant l'agent d'individualisation de l'activité didactique introduit une nouvelle approche de conception appelée Agent-Objet pédagogique. Cette approche se base sur le principe du design pédagogique pour assurer une meilleure gestion de la tâche d'individualisation de l'activité didactique. Le rôle de l'agent d'individualisation de l'activité didactique est celui de l'instanciation des paramètres des modèles spécifiant les instruments pédagogiques (modèle de contenu, modèle cognitif, modèle d'interface et modèle didactique).On présente dans cette thèse des éléments théoriques et pratiques contribuant effectivement à la conception de l'agent d'individualisation de l'activité didactique. L'idée de base est que chaque agent utilise des connaissances complexes à partir du modèle de l'apprenant (connaissances à faire acquérir, cognition, attitudes, motivation, émotion et style d'apprentissage) pour scénariser l'activité didactique en suivant 3 phases : instanciation des paramètres de contenu pour la construction de la matière primaire pédagogique, préparation du matériel pédagogique représenté par l'ensemble d'instruments pédagogiques constituant l'activité didactique et finalement, adaptation du scénario d'utilisation des artefacts associés aux instruments pédagogiques.