La problématique abordée dans cette thèse est la conception d'un modèle informatique qui permet de générer automatiquement les rétroactions épistémiques en se basant sur l'état de connaissance de l'apprenant et en prenant ainsi en compte la dimension didactique de la connaissance. Ce travail se situe dans le cadre d'un environnement informatique pour l'apprentissage de la formation professionnelle. <br />Dans le cadre de notre travail, les résultats du diagnostic de l'état de connaissance de l'apprenant ne peuvent être déduits qu'avec un certain degré d'incertaine. De ce fait, nous avons choisi les réseaux bayésiens pour représenter la connaissance et le diagnostic, et l'approche de la théorie de la décision pour automatiser la prise de décisions didactiques.<br />L'état de connaissance de l'apprenant est déduit en appliquant l'inférence dans le réseau bayésien en fonction des traces de ses activités. Les résultats du diagnostic sont ensuite utilisés dans le modèle de la prise de décisions didactiques pour produire les rétroactions épistémiques en quatre étapes : 1) le choix de la cible qui permet de sélectionner les connaissances visées par la rétroaction ; 2) la détermination de l'objectif qui permet de définir le but de la rétroaction du point de vue de l'apprentissage ; 3) le choix de la forme de la rétroaction ; 4) la détermination du contenu de la rétroaction. <br />Nous avons implémenté et intégré le modèle de prise de décisions didactiques dans la plateforme de TELEOS. Ainsi, nous avons testé et évalué la cohérence du comportement informatique du modèle, sa sensibilité aux modifications des probabilités et des paramètres, et la pertinence des rétroactions produites.

Aujourd'hui, la Formation Ouverte et A Distance (FOAD) est de plus en plus répandue aussi bien dans les institutions publiques que privées, mais elle est loin de représenter une méthode d'apprentissage utilisée par tous. Un moyen de faciliter et d'encourager la conception de cursus pédagogiques par les éducateurs est de mettre à leur disposition une masse importante d'objets pédagogiques de natures variées tant au niveau des domaines d'apprentissage visés que du type de supports numériques utilisés, ainsi que de la langue dans laquelle ils sont produits.<br />Nos travaux exposent les capacités d'un Environnement Informatique pour l'Apprentissage Humain (EIAH) à fournir deux services complémentaires qui conduisent à la virtualisation des ressources pédagogiques : une vue unique d'un ensemble de ressources pédagogiques renfermées dans des viviers de connaissance distincts, et un accès facilité à celles-ci à travers les plates-formes d'apprentissage. Nous présentons une architecture ouverte basée sur des standards de l'e-formation établis ou en cours d'élaboration, et qui assure l'intégration des services énoncés ci-dessus au sein d'un EIAH. Nous présentons deux expérimentations déployées au sein de contextes différents qui valident notre approche et qui favorisent ainsi le partage et la réutilisation des objets pédagogiques.<br />La seconde partie de nos travaux porte sur la supervision des ressources, systèmes informatiques et utilisateurs impliqués dans le processus de virtualisation afin de faciliter aux éducateurs la recherche de matériel pédagogique pertinent pour leur contexte parmi le nombre considérable de ressources offertes par la fédération des viviers de connaissance. Nous présentons un modèle d'information décrivant les entités précitées et qui constitue une extension de CIM (Common Information Model) pour l'EIAH, ainsi qu'une infrastructure de supervision composée d'agents de gestion, d'un fournisseur de données, d'un gestionnaire centralisé et d'une application graphique de gestion. Nous appliquons ensuite cette infrastructure au sein de notre EIAH et de l'outil de recherche et d'indexation d'objets pédagogiques de la fondation ARIADNE. Enfin, nous exposons comment les informations statistiques recueillies peuvent être exploitées pour présenter aux concepteurs de cursus pédagogiques des ressources de qualité.

La nature même du média informatique tend à privilégier l'autonomie de l'apprenant lors de l'apprentissage d'une langue étrangère. L'examen des environnements lexicaux existants montre que l'autonomie passe par l'incorporation de ressources lexicales en tant que matériaux d'apprentissage et outils d'aide. La partie centrale de ce travail a été de concevoir les ressources adaptées à cet apprentissage et la manière dont celles-ci s'articulent. L'environnement ALEXIA se compose d'un corpus de textes, d'un dictionnaire comme outil d'aide, d'un dictionnaire personnalisé et d'un module d'activités lexicales. Le corpus, constitué de textes récents comprenant plusieurs niveaux de langue, est centré sur un domaine du français courant maîtrisé par tout natif (travail, emploi, chômage). La modélisation de la base de données lexicales s'appuie sur les résultats des recherches en psycholinguistique, montrant que le lexique mental semble être composé de mots reliés entre eux par des liens de nature sémantique et contextuelle. L'interface pour visualiser ces données tient compte des problèmes d'accès lexicaux et tire parti des possibilités du support informatique pour la présentation des différentes informations nécessaires aux apprenants. Corpus et dictionnaire servent de matériaux pour la génération d'activités lexicales : à base de concordances, elles mettent en jeu les relations sémantiques du dictionnaire. Pour cela, il est nécessaire d'effectuer au préalable un étiquetage morpho-syntaxique et sémantique du corpus. Un système d'aide donne des indications pour permettre à l'apprenant de résoudre les exercices et renforce ainsi le rôle pédagogique de l'environnement. Le dictionnaire personnalisé permet d'organiser les mots sélectionnés par l'apprenant dans les textes lors de lectures. Le travail de catégorisation effectué renforce les liens du lexique mental et favorise ainsi la rétention.

Les Learning Games sont des environnements d'apprentissage, souvent informatisés, qui utilisent des ressorts ludiques pour catalyser l'attention des apprenants et ainsi faciliter leur apprentissage. Ils ont des atouts indéniables mais présentent également certaines limites, comme des situations d'apprentissage trop artificielles. Ces limites peuvent être dépassées par l'intégration d'interactions en Réalité Mixte dans les Learning Games, que nous appelons alors des Mixed Reality Learning Games (MRLG). La Réalité Mixte, qui combine environnements numériques et objets réels, ouvre de nouvelles possibilités d'interactions et d'apprentissage qui gomment les limites précédentes et qu'il faut repérer et explorer. Dans ce contexte, nous nous intéressons au processus de conception des MRLG. Dans un premier temps, nous présentons une étude sur l'utilisation de la Réalité Mixte dans les domaines de l'apprentissage et du jeu, incluant un état de l'art des MRLG. Cette étude montre que, malgré de nombreux atouts, la conception des MRLG reste difficile à maîtriser. En effet, il n'existe ni méthode ni outil adapté à la conception de ce type d'environnements. Dans un second temps, nous analysons et modélisons l'activité de conception des MRLG à travers la littérature et des expériences de conception, dont une menée dans le cadre du projet SEGAREM. Cette démarche révèle des verrous spécifiques tels que l'absence d'aide à la modélisation (ou formalisation), à la créativité et à la vérification de la cohérence des idées. Nous éclairons nos réponses à ces besoins par un recensement des outils utilisés dans les domaines liés aux MRLG : situations d'apprentissage, jeux et environnements de la Réalité Mixte. Ceci nous amène à proposer deux outils conceptuels : un modèle de description de MRLG (f-MRLG) et des aides à la créativité sous la forme de propositions puis de recommandations. Le modèle de description a pour objectif de formaliser l'ensemble des éléments constituant un MRLG, mais aussi d'être un moyen d'identifier les éléments à définir, de structurer et de vérifier les idées. Les listes de propositions et recommandations ont pour but d'aider le concepteur à faire des choix cohérents par rapport à la situation d'apprentissage visée, en particulier en ce qui concerne les types de jeux et les dispositifs de Réalité Mixte. Une première évaluation de ces propositions a conduit à leur amélioration. Ces propositions sont à l'origine de la conception et du développement d'un outil auteur informatisé : MIRLEGADEE (Mixed Reality Learning Game DEsign Environment). MIRLEGADEE est basé sur LEGADEE, un environnement auteur pour la conception de Learning Games. Une expérimentation auprès de 20 enseignants et concepteurs de formation a validé le bienfondé de cet outil qui guide effectivement les concepteurs dans les phases amont du processus de conception de MRLG malgré des limites pour l'accompagnement de tâches complexes.

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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.

Toute situation d’apprentissage est conçue dans le but de répondre à des objectifs pédagogiques spécifiques. Les enseignants-concepteurs évaluent la corrélation entre cesobjectifs et le déroulement réel de la situation d’apprentissage en pratiquant une activité d’observation. Pour être efficace, cette activité a besoin d’être organisée. Le but de ce travail de recherche est de fournir des outils et des méthodes afin d’améliorer cette activité. C’est la raison pour laquelle nous avons proposé le concept de Stratégie d’Observation. Le but est d’apporter aux acteurs d’un système d’apprentissage, et particulièrement à l’enseignant-concepteur, un ensemble d’outils pour 1/ définir des stratégies d’observation et 2/ calculer et restituer les résultats à l’aide d’une interface de visualisation ergonomique et intuitive. Ces deux outils séparés, mais communiquant, sont conçus pour être utilisés avant, pendant et/ou après les sessions d’apprentissage. Le premier outil permet aux enseignants-concepteurs de spécifier la manière dont ils veulent organiser l’observation en utilisant un langage proche de leur langage pédagogique habituel. Ceci en manipulant des indicateurs prédéfinis et des moyens de perception mis à leur disposition, etc. Un tel langage permet de s’abstraire de l’environnement d’apprentissage et de ses éléments qui pourraient restreindre le potentiel de réutilisation des stratégies définies (traces, données brutes, moyens d’observation, etc.). Le destinataire des résultats de l’observation peut utiliser le deuxième outil pour visualiser les indicateurs dans un format adéquat et correspondant à la stratégie spécifiée. / Every learning situation is designed according to specific instructional objectives. Instructional designers evaluate the correlation between the objectives and the real progress of the learning session by practicing an observation activity. In order to be efficient, the observation must be organized. Our goal in this work aims to provide tools and methods to support the observation activity. That is why we propose the concept of Observing Strategy. Our research aims to provide the actors of a learning system (especially the instructional designers), with a homogeneous set of tools for 1/ defining observation strategies and 2/ calculating and displaying observation results with an ergonomic and intuitive visualization interface. These two tools are designed to be used before, during and/or after the learning sessions. The underlying idea is to propose two separated, but communicating, tools allowing the formalization of observation strategies independent from the chosen TEL system. With the first tool, instructional designers can specify the organization of the observation by using a language and semantics close to their pedagogical practices, handling pre-defined indicators, and available visualization tools etc. Such observation strategy language will not deal with TEL-systems-dependent elements that could restrict the potential reuse of strategies (tracks/raw data, observed data, observing means, etc.).The receiver of the observation results can use the second tool to visualize the results of the indicators’ calculation with the right format and according to the chosen strategy specification.

Les Learning Games sont des environnements d’apprentissage, souvent informatisés, qui utilisent des ressorts ludiques pour catalyser l’attention des apprenants et ainsi faciliter leur apprentissage. Ils ont des atouts indéniables mais présentent également certaines limites, comme des situations d’apprentissage trop artificielles. Ces limites peuvent être dépassées par l’intégration d’interactions en Réalité Mixte dans les Learning Games, que nous appelons alors des Mixed Reality Learning Games (MRLG). La Réalité Mixte, qui combine environnements numériques et objets réels, ouvre de nouvelles possibilités d’interactions et d’apprentissage qui gomment les limites précédentes et qu’il faut repérer et explorer. Dans ce contexte, nous nous intéressons au processus de conception des MRLG. Dans un premier temps, nous présentons une étude sur l’utilisation de la Réalité Mixte dans les domaines de l’apprentissage et du jeu, incluant un état de l’art des MRLG. Cette étude montre que, malgré de nombreux atouts, la conception des MRLG reste difficile à maîtriser. En effet, il n’existe ni méthode ni outil adapté à la conception de ce type d’environnements. Dans un second temps, nous analysons et modélisons l’activité de conception des MRLG à travers la littérature et des expériences de conception, dont une menée dans le cadre du projet SEGAREM. Cette démarche révèle des verrous spécifiques tels que l’absence d’aide à la modélisation (ou formalisation), à la créativité et à la vérification de la cohérence des idées. Nous éclairons nos réponses à ces besoins par un recensement des outils utilisés dans les domaines liés aux MRLG : situations d’apprentissage, jeux et environnements de la Réalité Mixte. Ceci nous amène à proposer deux outils conceptuels : un modèle de description de MRLG (f-MRLG) et des aides à la créativité sous la forme de propositions puis de recommandations. Le modèle de description a pour objectif de formaliser l’ensemble des éléments constituant un MRLG, mais aussi d’être un moyen d’identifier les éléments à définir, de structurer et de vérifier les idées. Les listes de propositions et recommandations ont pour but d’aider le concepteur à faire des choix cohérents par rapport à la situation d’apprentissage visée, en particulier en ce qui concerne les types de jeux et les dispositifs de Réalité Mixte. Une première évaluation de ces propositions a conduit à leur amélioration. Ces propositions sont à l’origine de la conception et du développement d’un outil auteur informatisé : MIRLEGADEE (Mixed Reality Learning Game DEsign Environment). MIRLEGADEE est basé sur LEGADEE, un environnement auteur pour la conception de Learning Games. Une expérimentation auprès de 20 enseignants et concepteurs de formation a validé le bienfondé de cet outil qui guide effectivement les concepteurs dans les phases amont du processus de conception de MRLG malgré des limites pour l’accompagnement de tâches complexes. / Game-based learning is one efficient pedagogical concept that uses game principles to incite learners to engage into learning activities. Learning Games (LG) are commonly known as digital environments. They have undeniable assets but also some limits, such as the artificiality of the learning context. In the mean time, new technologies have been increasingly developed, thus providing new perspectives in game-based learning. In particular, Mixed Reality (MR) technologies merge both real and digital worlds. Mixed Reality Learning Games (MRLG) offer real benefits for teaching: they enable active pedagogy trough the physical immersion of learners, “in situ” information while practicing and authentic context. In our work, we focus on the design process of MRLG. The first part of the thesis presents how Mixed Reality is used for educational and gaming purposes. An analysis of existing MRLG shows both their assets and the complexity of their design. MRLG designers have to cope with all the difficulties of learning design, game design and mixed reality design at the same time, and with the integration of all aspects in a coherent way. Besides, there is a lack of specific tool or methodology. In order to understand the specific needs of MRLG designers, we analyze and model the MRLG design activity from MRLG design processes described in papers and existing methodologies for LG and MR. We also illustrate and clarify MRLG design needs with the observation of a MRLG design activity in the SEGAREM project. We highlight some needs for modeling, creativity, and verification of coherence. To meet the identified needs, the third part is dedicated to a state of the art of tools available for learning design, game design and Mixed Reality design. This study leads us to three solutions to assist MRLG design: a model, a set of tools for creativity, and an authoring tool. We first propose a model called f-MRLG to describe fully and clearly a MRLG. f-MRLG is a support to MRLG design as it helps designer to organize their ideas and to identify which elements must be described. It also reinforces mutual comprehension in a team. Our second proposal is a set of tools for creativity: lists of possibilities, examples and suggestions for game types and Mixed Reality systems choices. We conducted a first experiment on the two proposals, which led to their improvement. These two proposals drove to the design and development of an authoring tool, named MIRLEGADEE (MIxed Reality LEarning GAme DEsign Environment), to support the MRLG design. This tool is an extension of LEGADEE, which already supports the design of learning games using a computer. An experiment with 20 teachers and training designers validated that MIRLEGADEE successfully guides the designers in the MRLG design process, in spite of limits for the support of complex tasks.

Ce document présente nos recherches dans le domaine des EIAH (Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain). Ces travaux se sont structurés en tant que projet scientifique impliquant plusieurs chercheurs. <br />Ce projet, REDiM (Réingénierie des EIAH Dirigée par les Modèles), a pour objectif d'intégrer les enseignants et les formateurs de terrain dans le processus de conception d'un EIAH. La posture scientifique générale est de considérer la conception comme continue, supportée par un processus itératif alternant des phases d'analyse des usages et de réingénierie de l'EIAH, dans une approche dirigée par les modèles. Nous entendons en cela promouvoir une démarche d'ingénierie générative où l'EIAH est généré à partir de modèles prescriptifs (i.e. qui définissent et encadrent l'activité des acteurs de l'EIAH) ou, ad minima, prédictifs (i.e. qui décrivent et préconisent l'activité idéale que les acteurs de l'EIAH devraient avoir). Cette démarche d'ingénierie a également pour objectif de construire des modèles descriptifs qui rendent compte des situations pédagogiques observées, directement manipulables et interprétables par les concepteurs enseignants ou formateurs. Nos travaux se sont centrés sur une famille particulière de modèles d'un EIAH : les scénarios pédagogiques.<br />La première partie de ce document se consacre à définir notre position et notre problématique scientifiques. A partir d'exemples concrets extraits de nos expérimentations, nous listons les situations de conception qu'il convient d'éviter pour impliquer les enseignants et les formateurs dans les processus actifs de l'ingénierie d'un EIAH. Nous proposons alors une première problématisation de notre objet d'étude, l'ingénierie et la réingénierie d'un scénario pédagogique, et positionnons nos travaux par rapport à ceux de la communauté nationale et internationale qui leur sont connexes. Cette première partie se conclut par une présentation de notre problématique scientifique et de notre méthodologie de recherche.<br />La seconde partie de ce document présente nos résultats de recherche. Un premier ensemble de travaux s'est attaché à définir un modèle de l'ingénierie et de la réingénierie d'un scénario pédagogique. Ce modèle identifie les processus actifs participant au développement d'un scénario pédagogique et caractérise les flux de communication entre ces processus par les artefacts échangés. Un deuxième ensemble de travaux se centre sur l'instrumentation des activités de modélisation et d'analyse des observations de l'utilisation d'un EIAH. Nous proposons notamment un langage permettant (1) de définir ce qu'il faut observer pendant une session d'apprentissage, (2) de décrire la méthode d'analyse des observations collectées et (3) de représenter ces observations de manière à construire un ensemble de scénarios descriptifs qui rendent comptent des situations pédagogiques observées. Les caractéristiques de ce langage favorisent la capitalisation et le partage des savoir-faire d'analyse des traces d'utilisation d'un EIAH.<br />La dernière partie de ce document fait une synthèse de nos contributions et dresse un ensemble de perspectives de recherche sur l'instrumentation de l'enseignant dans son rôle de concepteur d'un EIAH, sur la définition et l'exploitation de modèles productifs pour le développement d'un EIAH et sur les moyens et les enjeux de la capitalisation et du partage des savoir-faire en matière d'ingénierie et de réingénierie d'un EIAH.

Ces travaux de recherche se situent dans le domaine des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) et s'intéressent plus spécifiquement au tutorat, activité fondamentale dans les formations mais pourtant encore aujourd'hui mal définie et peu institutionnalisée. Ainsi, il n'existe que très peu de formations au tutorat et peu d'outils pour aider à la réalisation de cette activité alors que paradoxalement de plus en plus d'enseignements médiés informatiquement sont proposés et nécessitent l'accompagnement des apprenants par un ou des tuteurs.<br />Partant d'une analyse des besoins des tuteurs, à partir d'une étude théorique et d'une étude de terrain, nous proposons de traiter cette problématique en concevant la plate-forme TE-Cap (« Tutoring Experience Capitalization »), fondée sur le concept de Communautés de Pratique (CoP). Nous adoptons une démarche de conception co-adaptative qui tend à faire évoluer la plate-forme en même temps que se précisent les besoins. Cette plate-forme a pour objectif de supporter les échanges, la confrontation et la mutualisation des expériences et des pratiques de ses utilisateurs afin de les amener à développer, de manière informelle et créative par l'entraide et la collaboration, des compétences et expertises, et à créer de nouvelles approches pour résoudre des problèmes. Construite sur la base d'un modèle d'Interconnexion de CoPs (ICP), proposé comme extension du concept de Constellation de CoPs (CCP), la plate-forme utilise une classification des connaissances s'inspirant de principes du Knowledge Management et du Web 2.0.<br />Ce modèle d'ICP est appliqué au tutorat dans la plate-forme TE-Cap mais concerne tout ensemble d'acteurs exerçant une même activité. Il vise à favoriser la création et le partage de connaissances à la fois dans le contexte local de pratique des acteurs (l'institution ou l'entreprise) et au niveau global de l'activité. L'interface homme-machine représente la base de connaissances de manière spatiale et interactive, de façon à rendre rapide l'ajout et la recherche de connaissances, grâce à un modèle d'indexation adapté aux thèmes liés à la communauté identifiée. Deux expérimentations ont été menées dans le cadre du tutorat afin d'évaluer la plate-forme avec des tuteurs de disciplines et pays différents.