Les émotions jouent un rôle primordial dans les processus cognitifs et plus particulièrement dans les tâches d’apprentissage. D’ailleurs, plusieurs recherches neurologiques ont montré l’interrelation qui existe entre la cognition et les émotions. Elles ont aussi déterminé plusieurs formes d’intelligence humaine autre que l’intelligence rationnelle parmi lesquelles nous distinguons la forme ayant comme dimension émotionnelle, à savoir l’intelligence émotionnelle, vu son impact sur les processus d’apprentissage. L’intelligence émotionnelle est alors un facteur significatif de réussite scolaire et professionnelle. Sous la lumière de ces constatations présentées, les informaticiens à leur tour, vont alors tenter de consentir de plus en plus de place au facteur émotionnel dans les systèmes informatiques et plus particulièrement dans ceux dédiés à l’apprentissage. L’intégration de l’intelligence émotionnelle dans ces systèmes et plus précisément, dans les Systèmes Tutoriels Intelligents (STI), va leur permettre de gérer les émotions de l’apprenant et par la suite améliorer ses performances. Dans ce mémoire, notre objectif principal est d’élaborer une stratégie d’apprentissage visant à favoriser et accentuer la mémorisation chez les enfants. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé un cours d’anglais en ligne ainsi qu’un tuteur virtuel utilisant des ressources multimédia tels que le ton de la voix, la musique, les images et les gestes afin de susciter des émotions chez l’apprenant. Nous avons conduit une expérience pour tester l’efficacité de quelques stratégies émotionnelles ainsi qu’évaluer l’impact des émotions suscitées sur la capacité de mémorisation des connaissances à acquérir par l’apprenant. Les résultats de cette étude expérimentale ont prouvé que l’induction implicite des émotions chez ce dernier a une influence significative sur ses performances. Ils ont également montré qu’il n’existe pas une stratégie efficace pour tous les apprenants à la fois, cependant l’efficacité d’une telle stratégie par rapport à une autre dépend essentiellement du profil comportemental de l’apprenant déterminé à partir de son tempérament. / Emotions play a crucial role in cognitive processes, particularly in learning tasks. Furthermore, several studies in neurosciences have shown that emotion is closely related to cognitive processes. They have also determined many different forms of intelligence other than the rational intelligence; one of them is the form having an emotional dimension which influences the learning processes, namely emotional intelligence. Emotional intelligence is a significant factor in academic and professional success. Under the light of these results, the computer scientists will, in their turn, try to focus on the emotional factor in computer systems and more particularly in those dedicated to learning. The integration of emotional intelligence in these systems, specifically in Intelligent Tutoring System (ITS), will enable them to recognise learner’s emotions and improve his/her performances. In this thesis, our main aim is to develop a learning strategy which promotes and enhances memorization by children. To achieve this aim, we developed an English web course and a virtual tutor using multimedia resources such as voice pitch, music, images, and gestures to induce emotion in the learner. We conducted an experiment to test the effectiveness of some emotional strategies and assessed the impact of aroused emotions on the ability of memorizing knowledge to be acquired by the learner. The results of this experimental study have shown that implicit induction of emotions has a significant influence on learner’s performances. Moreover, no effective strategy can be applied to all learners at the same time. However, the efficiency of a strategy depends mainly on the learner’s behavioral profile based on his temperament.

Travaux d'études doctorales réalisées conjointement avec les travaux de recherches doctorales de Nicolas Leduc, étudiant au doctorat en génie informatique à l'École Polytechnique de Montréal. / Cette thèse vise le développement de GeoGebraTUTOR (GGBT), un espace de travail géométrique (ETG) qui intègre un système tutoriel pour l’obtention d’un milieu respectueux du raisonnement idiosyncratique de l’élève. Le raisonnement mathématique, comme l’apprentissage, ne s’exerce pas de manière linéaire, il repose sur un remaniement conceptuel continu. Il est donc peu étonnant qu’une approche séquentielle inflexible pour l’exercice de la démonstration en géométrie soit source d’embûches. Les systèmes tutoriels existants pour l’exercice de la démonstration en géométrie offrent une variété d’outils sans pour autant soulager l’élève de cette rigidité. Le design multidisciplinaire de GGBT repose sur une conception dans l’usage qui articule plusieurs cycles de recherche et de développement successifs. Cette méthodologie itérative et anthropocentrique confère à GGBT une intelligence qui nait d’une convergence d’analyses a priori et a posteriori successives. Cette thèse concerne les deux premiers cycles du développement de GGBT. La première phase du développement implique l’élaboration a priori d’un système capable de recevoir et d’analyser les démarches singulières de démonstration des élèves en fonction de solutions expertes préalablement identifiées. Ce premier prototype de GGBT est conçu en fonction d’une analyse de la relation didactique entre un enseignant réel et l’élève, et la relation didactique simulée entre un agent tuteur virtuel et ce même élève. Cette analyse théorique a priori établit un cadre conceptuel liminaire qui vise à encadrer la création d’un ETG idoine permettant à l’apprenti géomètre de se livrer à son travail mathématique. Cette version initiale de GGBT est mise à l’essai par des élèves réels guidés par leur enseignant ordinaire. Leurs interactions sont ensuite étudiées pour modéliser et implémenter un premier système tutoriel autonome à l’image des échanges témoignant du contrat didactique observé. Le second cycle de développement s’amorce avec la modélisation et la programmation d’une structure tutorielle autonome et d’une interface renouvelée, qui contribuent conjointement au design a priori d’un espace de travail géométrique. La deuxième version ainsi obtenue est également testée en contexte de classe réel. Cette fois, l’exercice empirique vise la validation de la gestion des messages par le système tutoriel et l’exploration des raisonnements instrumentés dans une perspective de précision du travail géométrique possible à l’interface de l’ETG qu’est GGBT. Ce parcours doctoral se clôt par l’exploration d’avenues de recherche potentielles pour la poursuite du développement et du raffinement de GGBT. / This thesis aims at modeling GeoGebraTUTOR, a geometrical workspace that relies on the works of a tutorial system for the definition of a milieu respectful of the student’s idiosyncratic reasoning. Mathematical reasoning, like learning, does not evolve in a linear fashion. It relies on continuous conceptual reorganizations. Therefore, it is little wonder that a linear and inflexible approach for the exercise of geometrical proof creates difficulties. Existing tutorial systems for the solving of geometrical proof problems offer a variety of tools without relieving the student of this rigidity. GGBT’s multidisciplinary design relies on a design in use approach that articulates a series of research and development cycles. This iterative anthropocentric methodology provides GGBT with an intelligence resulting from the confrontation of successive a priori and a posteriori analyses. This thesis is rooted in GGBT’s two first development cycles. The first phase of design implies the planning of a system able to take in singular student proofs and analyze their value compared to previously implemented expert answers. This first GGBT prototype is designed according to an analysis of the didactical relationship between the teacher and the student as well as the relationship that takes place between the student and the tutor agent who evolves within the didactical milieu. This a priori analysis establishes theoretical guidelines, which will steer the design of a geometrical workspace that enables the learning geometer to accomplish his mathematical work. A first GGBT prototype is put to the test with real students assisted by their regular teacher. Their interactions are then studied in order to model and implement a first self-governing tutorial system according to the dialogues reflecting the observed didactical contract. The second design cycle begins with the modeling and programming of a tutorial structure and of a renewed interface, both of which contribute to the planning of a geometrical workspace. This second prototype is also tested in a real class environment, although this time the empirical exercise aims, on the one hand, at validating the management of the tutor’s help messages, and on the other hand at exploring the student’s instrumented reasoning to specify the mathematical activity made possible by the GGBT geometrical workspace. This doctoral endeavor ends with the exploration of potential research avenues for the ongoing design and refining of GGBT.

Les émotions jouent un rôle primordial dans les processus cognitifs et plus particulièrement dans les tâches d’apprentissage. D’ailleurs, plusieurs recherches neurologiques ont montré l’interrelation qui existe entre la cognition et les émotions. Elles ont aussi déterminé plusieurs formes d’intelligence humaine autre que l’intelligence rationnelle parmi lesquelles nous distinguons la forme ayant comme dimension émotionnelle, à savoir l’intelligence émotionnelle, vu son impact sur les processus d’apprentissage. L’intelligence émotionnelle est alors un facteur significatif de réussite scolaire et professionnelle. Sous la lumière de ces constatations présentées, les informaticiens à leur tour, vont alors tenter de consentir de plus en plus de place au facteur émotionnel dans les systèmes informatiques et plus particulièrement dans ceux dédiés à l’apprentissage. L’intégration de l’intelligence émotionnelle dans ces systèmes et plus précisément, dans les Systèmes Tutoriels Intelligents (STI), va leur permettre de gérer les émotions de l’apprenant et par la suite améliorer ses performances. Dans ce mémoire, notre objectif principal est d’élaborer une stratégie d’apprentissage visant à favoriser et accentuer la mémorisation chez les enfants. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé un cours d’anglais en ligne ainsi qu’un tuteur virtuel utilisant des ressources multimédia tels que le ton de la voix, la musique, les images et les gestes afin de susciter des émotions chez l’apprenant. Nous avons conduit une expérience pour tester l’efficacité de quelques stratégies émotionnelles ainsi qu’évaluer l’impact des émotions suscitées sur la capacité de mémorisation des connaissances à acquérir par l’apprenant. Les résultats de cette étude expérimentale ont prouvé que l’induction implicite des émotions chez ce dernier a une influence significative sur ses performances. Ils ont également montré qu’il n’existe pas une stratégie efficace pour tous les apprenants à la fois, cependant l’efficacité d’une telle stratégie par rapport à une autre dépend essentiellement du profil comportemental de l’apprenant déterminé à partir de son tempérament. / Emotions play a crucial role in cognitive processes, particularly in learning tasks. Furthermore, several studies in neurosciences have shown that emotion is closely related to cognitive processes. They have also determined many different forms of intelligence other than the rational intelligence; one of them is the form having an emotional dimension which influences the learning processes, namely emotional intelligence. Emotional intelligence is a significant factor in academic and professional success. Under the light of these results, the computer scientists will, in their turn, try to focus on the emotional factor in computer systems and more particularly in those dedicated to learning. The integration of emotional intelligence in these systems, specifically in Intelligent Tutoring System (ITS), will enable them to recognise learner’s emotions and improve his/her performances. In this thesis, our main aim is to develop a learning strategy which promotes and enhances memorization by children. To achieve this aim, we developed an English web course and a virtual tutor using multimedia resources such as voice pitch, music, images, and gestures to induce emotion in the learner. We conducted an experiment to test the effectiveness of some emotional strategies and assessed the impact of aroused emotions on the ability of memorizing knowledge to be acquired by the learner. The results of this experimental study have shown that implicit induction of emotions has a significant influence on learner’s performances. Moreover, no effective strategy can be applied to all learners at the same time. However, the efficiency of a strategy depends mainly on the learner’s behavioral profile based on his temperament.

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.