Nos recherches s'inscrivent dans le domaine des EIAH (Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain). Nous considérons ici les EIAH au sens large : s'ils concernent principalement les environnements informatiques explicitement destinés à favoriser l'apprentissage humain, nous revendiquons que les systèmes s'adressant aux enseignants pour les aider dans leur tâche d'enseignement relèvent également des EIAH. Au sein de ce domaine pluridisciplinaire, nos contributions se situent en informatique, avec une démarche proche de celle proposée par l'ingénierie dirigée par les modèles, même si nos recherches sont enrichies par l'apport d'autres disciplines. Le cœur de nos travaux concerne l'ingénierie des profils d'apprenants, que nous abordons sous l'angle de la réutilisation de profils d'apprenants pour les exploiter dans une optique de personnalisation, en cherchant à adopter une approche unifiée. Plus précisément, nous cherchons à trouver les moyens de permettre à des acteurs, éventuellement différents de leurs créateurs, de réutiliser des profils d'apprenants dans le but de proposer des exploitations mutualisées des profils à travers des activités personnalisées, adaptées aux besoins des enseignants, dans une démarche générique permettant de considérer différents niveaux scolaires et universitaires, ainsi que les disciplines les plus variées. Nous avons abordé cette problématique en proposant des méta-modèles, modèles et processus qui traitent la plupart des étapes du cycle de vie des profils d'apprenants que nous avons spécifié. Nous avons mis en œuvre ces différents modèles théoriques de façon opérationnelle dans des outils unifiés, qui, malgré la généricité de l'approche, prennent en compte les spécificités des apprenants d'une part et des différents utilisateurs d'autre part. Nous avons également explicité comment se fait cette articulation entre généricité des modèles et spécificités des besoins. Pour permettre aux différents acteurs de l'apprentissage de gérer les profils d'apprenants existants dans toute leur diversité, nous avons proposé et opérationnalisé le langage de modélisation de profils PMDLe, ainsi que plusieurs extensions (sPMDLe, pPMDLe, cPMDLe, vPMDLe, rPMDLe) qui l'étendent en permettant diverses actions sur les profils respectant ce langage (transformations de profils, définition de contraintes sur profils PMDLe, de vues sur profils, de représentations d'éléments de profils). Afin d'identifier les activités permettant d'exploiter toute la richesse des profils d'apprenants, nous avons établi une typologie des activités sur les profils destinées tant aux apprenants qu'aux autres acteurs de l'apprentissage, une typologie des activités papier-crayon et une typologie des activités logicielles personnalisables. Nous avons également développé deux modules destinés à mettre en œuvre les activités identifiées dans ces typologies, l'un pour travailler sur les profils d'apprenants, et l'autre pour proposer des activités pédagogiques papier-crayon et logicielles personnalisées en fonction des profils d'apprenants. Pour personnaliser les activités proposées aux apprenants, à partir de leurs profils, tout en tenant compte des besoins des enseignants, nous avons défini et mis en œuvre deux modèles de personnalisation : PERSUA2 propose une personnalisation unifiée des activités pédagogiques et PERSUMAP propose une personnalisation unifiée multi-aspects des activités sur les profils d'apprenants. Nous pensons que l'ensemble de nos contributions, qui s'imbriquent les unes aux autres pour former un ensemble cohérent, constituent une avancée dans les recherches en EIAH, tant par les modèles et leurs mises en œuvre eux-mêmes, que par les concepts qu'ils sous-tendent qui peuvent être appliqués à d'autres contextes, voire à d'autres domaines.

Cette thèse relevant du domaine de la Didactique des langues (français langue étrangère) concerne l'apprentissage/enseignement enrichi par les TICE. Elle définit et analyse les stratégies de collaboration pour un écrit interactif, pratiquées par une communauté virtuelle d'élèves blogueurs. Le cadre théorique s'inscrit dans la perspective actionnelle (CECRL), instrumentée des TICE, et il embrasse les réseaux sociaux et leur application dans l'éducation, les caractéristiques de l'écrit interactif en tant que nouveau cybergenre. La méthodologie appliquée est principalement qualitative et relève de la recherche-action et, en particulier, de la recherche-développement appliquée à la conception de ressources multimédia. La construction d'un blogue communautaire a permis le recueil des données pour la partie empirique. Dans cet environnement numérique d'apprentissage, des élèves de 15 à 17 ans de Pologne, Ukraine, Tchéquie et Italie, stimulés par un scénario d'apprentissage, ont réalisé des interactions écrites pendant huit mois. La recherche a montré que les extensions intégrées au blog ont facilité l'émergence d'une communauté d'apprentissage. Elle a également montré comment ces artefacts ont été exploités, en se concentrant notamment sur une analyse des stratégies mobilisées pour l'écrit, ainsi que les caractéristiques de cet écrit interactif produit.

Le système T.A.C. a été conçu avec l'objectif de proposer un nouveau mode de communication distant. Lorsqu'un opérateur a besoin d'être assisté sur une tâche manuelle, les supports techniques classiques comme le téléphone ou la visioconférence montrent rapidement leurs limites en termes d'interaction humaine. En permettant à un expert distant de voir exactement ce que l'opérateur voit, il peut interagir avec lui en temps réel grâce à la réalité augmentée via un paradigme d'interaction adéquat que nous avons nommé " Picking Outlining Adding ". En guidant l'opérateur grâce à des indices virtuels, l'expert lève les ambiguïtés de langage et les difficultés de communication sont évitées. Les opérations sont ainsi plus facilement exécutées. Les expérimentations que nous avons menées vont dans ce sens, montrant l'efficacité de ce nouveau mode de communication. Qui plus est, les principes d'interactions sont suffisamment généraux pour dépasser le cadre original de la maintenance industrielle.

Les Serious Games sont des jeux vidéo qui n'ont pas pour objectif premier le divertissement et qui peuvent être utilisé pour l'enseignement. Pertinents dans de nombreux domaines d'éducation, ils posent pourtant des problèmes liés à leur création fastidieuse et coûteuse en moyens et en temps. Dans cette thèse, nous nous intéressons tout particulièrement aux Serious Games pour l'éducation, appelés Learning Games (LG) et plus particulièrement aux LG pour la formation continue pour les étudiants en école d'ingénieur. Tout d'abord, nous avons procédé à une étude des besoins concrets des créateurs de LG, ainsi qu'à un état de l'art des méthodologies et des outils existants. En premier lieu, ces recherches nous ont montré qu'il n'existait aucune solution adaptée pour faciliter la collaboration entre les différents concepteurs de LG, occupant des rôles complémentaires (expert du domaine, expert pédagogique, game designer...). Nos recherches mettent également en avant le besoin de modélisation et de représentation du scénario du LG pour aider les concepteurs à imaginer un LG qui soit à la fois ludique et attractif tout en gardant le fort potentiel éducatif indispensable à la formation. Pour répondre au premier besoin, nous proposons une méthodologie globale de création collaborative de LG, détaillant chaque tâche des acteurs ainsi que les outils mis à leur disposition. Pour répondre au deuxième besoin, nous proposons un modèle de scénarisation de LG qui représente d'un côté la structure pédagogique choisie par l'expert pédagogique et de l'autre côté la mise en scène ludique imaginée par le game designer. Pour réifier nos propositions, nous avons développé un environnement informatique d'aide à la conception, appelé LEGADEE (LEarning GAme DEsign Environment). LEGADEE guide chaque concepteur avec une " barre d'outils " adaptée à son rôle spécifique et qui propose également un système de validation qui analyse la création en cours. Enfin, nous avons imaginé un protocole d'évaluation pour valider notre environnement auteur ainsi que la méthodologie et le modèle proposés dans lequel nous comparons 24 scénarios de LG dont la moitié a été conçu avec LEGADEE et la moitié sans. Notre évaluation montre que l'utilisation de notre outil a tendance à améliorer certains critères qualité des LG. Elle montre aussi les limites de nos hypothèses et donne des pistes d'améliorations futures, tant sur LEGADEE que sur la méthode d'évaluation elle-même.

Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre des environnements virtuels pour la formation aux instruments de diagnostic biomédical. La simulation de la situation réelle seule ne suffisant pas, il convient d'incorporer un scénario pédagogique pour construire l'apprentissage. Le scénario s'applique pour tous les apprenants, il est donc important d'intégrer des possibilités d'individualisation. Pour cela, nous proposons de coupler l'environnement virtuel à un Système Tutoriel Intelligent (STI). Notre étude débute par une identification des systèmes existants qui nous semblent les mieux adaptés, sur lesquels baser notre proposition : le STI Pegase, le modèle de scénario pédagogique Poseidon et le méta-modèle Mascaret. Ceci nous permet également d'identifier les limites de Pegase qui sont : le manque de lien avec le scénario pédagogique, le manque de modularité et le manque d'individualisation. Notre proposition, appelée Chrysaor, vise à combler ces faiblesses. Nous proposons ainsi qu'un scénario pédagogique soit une connaissance explicite et par conséquent exploitable par un STI. Les concepts proposés dans notre modèle permettent également au formateur de facilement modifier les comportements, les rôles et les affectations (humain ou agent autonome) : notre système devient ainsi modulaire. Nous illustrons ensuite l'utilisation de Chrysaor dans une application de formation par la réalité virtuelle à un instrument de diagnostic en hémostase utilisé en milieu hospitalier. Sur cette application, des expérimentations comparant les deux types de formation (traditionnelle et virtuelle) permettent de vérifier la qualité de l'apprentissage obtenu par une formation en réalité virtuelle, et de vérifier que ces connaissances sont transférables en environnement réel.

Ces travaux de thèse apportent une contribution aux domaines de l'informatique pervasive et du travail collaboratif assisté par ordinateur. Nous explorons ces domaines par une présentation étendue de différents travaux se rapportant aux modèles de collaboration, aux différentes conceptions ainsi qu'aux méthodes d'évaluation. Notre principale contribution pour ces domaines est le modèle PCSCW, qui propose une approche original pour l'intégration de l'aspect pervasif au sein de la collaboration. En se basant sur un modèle ontologique représentant le contexte des utilisateurs ainsi que sur un ensemble de règles de collaborations entres machines, notre travail permet aux dispositifs intelligents d'analyser et de trouver la meilleure façon de se comporter et de collaborer avec les autres machines de l'environnement afin de canaliser et de faciliter de manière transparente et efficace la collaboration entres les humains. Nous proposons également une méthodologie permettant aux développeurs de systèmes collaboratifs pervasifs de construire leurs propres stratégies d'évaluations.

It has been repeatedly shown that functional magnetic resonance imaging (fMRI) triggers distress and neuroendocrine response systems. Prior studies have revealed that sympathetic arousal increases, particularly at the beginning of the examination. Against this background it appears likely that those stress reactions during the scanning procedure may influence task performance and neural correlates. However, the question how sympathetic arousal elicited by the scanning procedure itself may act as a potential confounder of fMRI data remains unresolved today. Thirty-seven scanner naive healthy subjects performed a simple cued target detection task. Levels of salivary alpha amylase (sAA), as a biomarker for sympathetic activity, were assessed in samples obtained at several time points during the lab visit. SAA increased two times, immediately prior to scanning and at the end of the scanning procedure. Neural activation related to motor preparation and timing as well as task performance was positively correlated with the first increase. Furthermore, the first sAA increase was associated with task induced deactivation (TID) in frontal and parietal regions. However, these effects were restricted to the first part of the experiment. Consequently, this bias of scanner related sympathetic activation should be considered in future fMRI investigations. It is of particular importance for pharmacological investigations studying adrenergic agents and the comparison of groups with different stress vulnerabilities like patients and controls or adolescents and adults.

Cette thèse propose de cartographier le parcours de navigation des usagers des EIAH pour le visualiser, visualiser pour interpréter et interpréter pour anticiper. Les profils d'apprentissage ont une influence sur les modes de navigation dans un environnement d'apprentissage en ligne. S’appuyant sur une méthodologie capable de modéliser le parcours de navigation d’un usager et d’anticiper son prochain clic sur une plateforme, notre étude cherche à élargir le champ des connaissances de l'efficacité/performance des styles d'apprentissage. La méthodologie utilisée repose sur l’analyse des traces d'utilisation élaborée à partir de 63 archives logs Web, incluant 4637 lignes de registre et 13 206 possibilités de choix de module. Le travail de recherche s’inscrit dans le cadre d’approches associant sémiologie, des sciences de l’information, psychologie cognitive et sciences de l’éducation. Trois observations ont été menées, générant des informations sur le profil de l’usager, la représentation des parcours et l’impact du style d’apprentissage dans le choix des fonctionnalités de travail offertes disponibles sur la plateforme. Les principaux résultats sont de deux types : d’une part, l’élaboration d’un outil convertissant les traces des fichiers log en parcours de navigation, et d’autre part, la confirmation d’un lien entre style d’apprentissage et mode de navigation. Ce deuxième résultat permet d’élaborer une méthode d’anticipation du nouveau choix de module sur une plateforme numérique de travail. Les applications pratiques visant à rendre exploitables ces traces dans les formations universitaires sont l’élaboration de bilans de qualité (ressources préférées, fonctionnalités moins utilisées) et l’identification des besoins de médiation pédagogique pour la compréhension de la tâche ou du processus (identifié par exemple dans l’insistance sur le module de consignes, le temps investi par un groupe ou par des trajets répétés). Cette thèse s’adresse principalement aux responsables pédagogiques universitaires décideurs de l’intégration des TIC, et par extension, aux étudiants universitaires et aux concepteurs d’outils d’apprentissage. / This thesis presents a methodology capable of modelling the course of educational browsing of an EIAH user to visualise it in order to interpret it and to anticipate. The learning profiles influence browsing styles in e-learning environment. Based on a methodology able to create models of the browsing behaviour of a user and to anticipate the following step on a platform, our study tries to widen the knowledge of the efficiency of different learning styles. The applied methodology is the analysis of the marks left by the user taken from 63 archives of Web logs including 4637 lines of register and 13 206 possible choices of modules. This research study combines theoretical approaches mixing semiology, sciences of information, cognitive psychology and sciences of education. Three observations have been led, giving information on users’ profile, representations of courses and impacts of the mode of learning in the choice of working features offered on the platform.The main contributions are two types: On one hand, the elaboration of a tool converting tracks of files log in signs possible to be visualized as courses of educational browsing. On the other hand, the confirmation of the relationship between ways of learning and styles of browsing giving rise to a method of anticipation of a new choice of module on the digital working platform. The practical applications aim at making exploitable these tracks in university education which can be of use to the elaboration of quality assessments (resources preferred, less used features) and the identification of the needs of educational mediation for clarification of the task or of the process (identified by the emphasis on the module of instructions, on time invested by a group or repeated routes).This thesis addresses mainly persons in charge of integrating ICTS at university level and further, university students and designers of learning tools.

It has been repeatedly shown that functional magnetic resonance imaging (fMRI) triggers distress and neuroendocrine response systems. Prior studies have revealed that sympathetic arousal increases, particularly at the beginning of the examination. Against this background it appears likely that those stress reactions during the scanning procedure may influence task performance and neural correlates. However, the question how sympathetic arousal elicited by the scanning procedure itself may act as a potential confounder of fMRI data remains unresolved today. Thirty-seven scanner naive healthy subjects performed a simple cued target detection task. Levels of salivary alpha amylase (sAA), as a biomarker for sympathetic activity, were assessed in samples obtained at several time points during the lab visit. SAA increased two times, immediately prior to scanning and at the end of the scanning procedure. Neural activation related to motor preparation and timing as well as task performance was positively correlated with the first increase. Furthermore, the first sAA increase was associated with task induced deactivation (TID) in frontal and parietal regions. However, these effects were restricted to the first part of the experiment. Consequently, this bias of scanner related sympathetic activation should be considered in future fMRI investigations. It is of particular importance for pharmacological investigations studying adrenergic agents and the comparison of groups with different stress vulnerabilities like patients and controls or adolescents and adults.

La conception des environnements informatiques d'apprentissage humain qui traitent des questions comme celle de modélisation de l'apprenant ou celle de conception de parcours d'enseignement repose sur un choix d'une modélisation didactique pertinente pour les questions et qui soit calculable. Nous montrons dans cette note de synthèse que le modèle praxéologique, avec des adaptations nécessaires par sa formalisation, permet de répondre à ces exigences. Nous illustrons sa mise en œuvre dans le cas de la modélisation des connaissances des élèves.