Cette thèse présente Cabri-géomètre, un logiciel d'aide à l'enseignement de la géométrie. Cabri-géomètre est un cahier de brouillon interactif, un micromonde qui permet de construire et d'explorer les figures de la géométrie euclidienne plane. Il est notamment possible de modifier la position des objets dits quelconques et de voir évoluer la figure en temps réel. Toutes les actions sur la figure se font par manipulation directe (en les désignant avec une souris) des objets impliques. Le terme de micromonde recouvre les environnements d'apprentissage dans lesquels l'apprenant construit lui-même ses connaissances en expérimentant et en étudiant les phénomènes du domaine. Dans une première partie, nous présentons quelques généralités sur l'enseignement intelligemment assiste par ordinateur, les tendances de recherche et la place de cabri-géomètre sur l'éventail des réalisations actuelles. Dans une deuxième partie, nous exposons les spécifications de ce micromonde en insistant notamment sur les problèmes rencontres lors de la définition des interfaces et de la représentation informatique de la structure logique des figures de géométrie

Ce document présente une synthèse de mes contributions scientifiques au domaine de la micromanipulation robotique. La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des nouvelles solutions de préhension et d'assemblage. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur la proposition d'effectuer la manipulation présentant des avantages comme, par exemple, la stabilisation des comportements par effets visqueux ou le contrôle des propriétés de surface par des principes électrochimiques. La démarche scientifique présentée au chapitre 1 repose sur trois étapes mises en oeuvre lors de l'étude de la micromanipulation robotique en milieu liquide dont le contexte bibliographique est exposée au chapitre 2. La première étape (chapitre 3) consiste en un travail de modélisation des interactions entre micro-objets afin d'en prédire et d'en simuler le comportement. Sur la base de ces modèles, des stratégies de micromanipulation (chapitre 4) ont été proposées et des travaux scientifiques ont été menés sur leur caractérisation et leur commande. Ces stratégies de micromanipulations représentent le coeur des cellules robotiques de micro-assemblages présentées au chapitre 5. Les perspectives de ces travaux portant sur l'exploration du no man's land entre microscience et nanoscience, la proposition de méthodes permettant la création de micro-assemblages complexes et fonctionnels, ainsi que l'ouverture vers la manipulation robotique de cellules biologiques, font l'objet d'un dernier chapitre.

Partant du constat d'un relatif échec de l'utilisation de l'informatique dans l'enseignement, nous avons cherché les moyens de poser et résoudre les problèmes de l'insertion de l'ordinateur dans l'enseignement mathématique dans le cas de la géométrie. L'importance de l'utilisation du dessin pour la mise en évidence de propriétés et la résolution de problèmes constitue l'une des spécificités de la géométrie. L'acquisition de connaissances géométriques s'appuie donc sur la signification que l'élève construit du dessin. En vue de décrire les étapes de cette construction, nous proposons les notions de forme et de configuration. C'est par la réalisation d'un micromonde à manipulation directe que nous avons choisi de faire intervenir l'ordinateur dans l'enseignement de la géométrie. Le cahier des charges ainsi élaboré a permis de déboucher sur la réalisation du logiciel Cabri-géomètre dont nous décrivons les principales caractéristiques. Une expérimentation nous a permis d'éprouver les choix initiaux et des modalités d'utilisation du logiciel. Les résultats obtenus mettent en évidence l'intérêt d'une approche des dessins par la manipulation directe des objets géométriques qui les composent. Par l'engagement de l'élève qu'elle permet, la manipulation directe permet de passer d'une évaluation de l'enseignant à une validation par l'élève de ses propres productions. Deux modifications du fonctionnement du système didactique entraînées par l'utilisation du logiciel sont analysées : - la négociation par l'enseignant d'un nouveau contrat didactique, - la mises en place des situations favorisant le transfert des connaissances acquises en environnement informatique vers d'autres environnements.

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L’évolution des technologies et la mutation du rôle attribué aux opérateurs de l’industrie suscitent un essor de la littérature concernant l’assistance aux procédés de fabrication. Cette thèse de psychologie s’inscrit dans cette littérature. Son objectif est de concevoir un assistant de contrôle aux procédés de fabrication, le compagnon virtuel, qui permette de maintenir à la fois les performances et les compétences des opérateurs. Le système étudié, une usine aéronautique, nécessite le recours à la simulation de processus physiques dynamiques. Deux champs de la littérature sont mobilisés : les cadres théoriques autour de la conception d’interfaces pour les environnements dynamiques et ceux sur le développement des compétences. Une méthodologie en trois parties est utilisée : (1) analyse de l’activité des opérateurs dans l’atelier réel, (2) validation d’un micromonde et (3) test d’un compagnon virtuel dans le micromonde. Les résultats montrent que les opérateurs de l’atelier réel mobilisent un schème trompeur lors de leur activité. Ce schème trompeur est également présent chez des participants tout-venants et il a un effet sur les performances des participants entrainés dans le micromonde. Enfin, le compagnon virtuel, conçu selon les principes de l’EID, ne permet pas de faire disparaitre le schème trompeur. Cependant, il permet aux participants qui n’utilisent pas le schème trompeur d’obtenir de bonnes performances. Les résultats obtenus étayent l’idée qu’il est pertinent de vérifier si des opérateurs ne mobilisent pas des schèmes trompeurs qui pourraient être un frein à l’utilisation des interfaces proposées pour les assister. / The evolution of technology and the shift in the role devoted to operators in industry, from simple task execution to complex system control, provoke a development of the literature concerning assistance to fabrication process. This thesis of psychology joins this literature. It aims at designing an assistant to fabrication process, called the virtual companion, which would both support performances and maintain or improve competences. In particular, the virtual companion would be addressed to operators in an aeronautical factory. The case study requires in line simulation of dynamic physical processes. Two fields of the literature were used: frameworks concerning interface design for dynamic situations and those concerning competences. A three-parts methodology was used: (1) activity analysis of the operators in the real factory, (2) conception and validation of a microworld, and (3) design and test of a virtual companion in the microworld. Results show that the operators of the factory use a misleading scheme during their activity. This misleading scheme is also used by random participants. Moreover, this misleading scheme has an effect on the performances of random participants trained in the microworld. Finally, the virtual companion, whose interface is design based on EID principles, does not eliminate the misleading scheme. However, the participants who did not use the misleading scheme performed better after using the virtual companion. This results leads to the conclusion that studying the operators’ use of misleading schemes seems accurate as such schemes may impair the use of interfaces designed to support their activity

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse s’intéresse à la manière d’optimiser l’apprentissage du pilotage par l’amélioration de l’éducation du comportement oculaire. Dans divers domaines (e.g., médical, aéronautique), différentes méthodes d’éducation du comportement oculaire ont démontré leur efficacité quant à leur capacité à optimiser le temps d’apprentissage d’une tâche. Toutefois, dans le domaine du pilotage, cela n’a reçu que très peu de validation empirique (Ziv, 2016) notamment à cause de difficultés de mise en œuvre technique et méthodologique inhérentes à la nature dynamique et complexe de l’activité de pilotage (Eyrolle et al., 1996). Dans le but d’éduquer le comportement oculaire des élèves-pilotes, nous avons tout d’abord modélisé les caractéristiques du comportement oculaire à adopter. Puis nous avons conçu, développé et validé expérimentalement un outil spécifique, le PilotGazeTrainer, permettant de mettre en œuvre une nouvelle méthode originale d’éducation du comportement oculaire basée sur deux principes essentiels : l’analyse permanente du regard du participant, et l’affichage en temps-réel de feedbacks visuels ou sonores. Afin d’évaluer cette nouvelle méthode, nous avons réalisé plusieurs expérimentations sur un simulateur de vol et sur un micromonde développé pour l’occasion (l’AbstractFlyingTask). Les premiers résultats montrent que notre méthode permet, en très peu de temps, une modification durable du comportement oculaire bénéfique pour les personnes concernées. Ces résultats comportementaux ont également révélé le potentiel des outils développés – le micromonde AbstractFlyingTask et le PilotGazeTrainer – pour éduquer le comportement oculaire. / This thesis focuses on how to optimize the learning of piloting by improving the ocular behavior educationIn several fields (e.g., medical, aeronautics), various methods of ocular behavior educating have demonstrated their effectiveness in their ability to optimize the learning of a task. However, the education of ocular behavior has received few empirical validations in the field of piloting training (Ziv, 2016) especially because of difficulties in the technical and methodological implementation (e.g., real-time analysis of the gaze location) inherent in the dynamic and complex nature of the piloting situation (Eyrolle, Mariné & Mailles, 1996). In order to educate the ocular behavior of the pilot students, we first modeled the characteristics of the ocular behavior to be adopted. Then we designed, developed and validated experimentally a first specific tool, the PilotGazeTrainer (a software), which allows the implementation of a new and original method of ocular behavior education based on two essential principles: the permanent analysis of the participant's ocular behavior, and the production in real-time of visual or sound feedbacks. In order to evaluate this new method, we conducted several experiments on a flight simulator and on a microworld developed for the purposes of this evaluation (the AbstractFlyingTask). The first results show that our method allows a lasting modification of the ocular behavior in a very short intervention time. These behavioral results also revealed the potential of the developed tools - the AbstractFlyingTask microworld and the PilotGazeTrainer - to educate ocular behavior.

Cabri-géomètre est un logiciel qui permet l'exploration de figures géométriques par manipulation directe des objets géométriques qui les constituent. Ce logiciel plonge l'utilisateur dans un micromonde intelligent et constitue ainsi un environnement d'apprentissage pour la géométrie. Les utilisateurs peuvent construire des figures géométriques, explorer le champ des animations et déformations de la construction, élaborer de nouveaux outils avec des macro-constructions, et spécialiser leur environnement pour des tâches spécifiques en y intégrant éventuellement leurs outils personnels. Le logiciel offre des possibilités de programmation par démonstration, mais les utilisateurs ont souvent besoin de manipuler la structure logique du programme construit pour le mettre au point et le maîtriser. Le choix d'une forme particulière pour présenter ce programme tient compte des spécificités du domaine de la géométrie dynamique et de la diversité des utilisateurs. Dans notre travail de prototypage, nous avons spécifié et implémenté un support textuel, mais laissé ouverte la possibilité de le compléter par un graphe. Le profil des utilisateurs a été pris en compte pour définir la forme de ce texte : en effet, la formalisation d'un langage de programmation sous-jacent aux constructions visuelles directes ne doit pas constituer une contrainte, et la familiarisation avec ce langage (moyen de communication entre l'utilisateur et le logiciel) doit se faire de façon inconsciente. Ces exigences ont abouti à l'intégration dans Cabri-II d'une vue textuelle des figures, équivalente à la vue graphique, dynamique autant que la figure (dans ce sens que le programme se construit en même temps que la figure), et où l'ubiquité des objets dans les vues synchrones permet un apprentissage implicite du langage de Cabri-programmation. La "qualité dynamique" de la géométrie dans la figure est traduite par la "qualité formelle" du langage induit, et les manipulations de l'interface sont transcrites en des animations du texte. La démarche consistant à partir d'une programmation visuelle pour l'expliciter en une programmation textuelle est nouvelle, pose des problèmes spécifiques intéressants, et pourrait assez rapidement être complétée, puis être appliquée avec profit à d'autres environnements analogues.