EIAH, des points de repères

1. EIAH, des points de repères Historique des recherches en informatique et éducation Elisabeth.delozanne@upmc.fr

2. EIAH ? • Enseignement programmé (années 50) • Enseignement Assisté par Ordinateur (années 70, début 80) • Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur(années 80) • Logo et micro-mondes (années 70, début 80) • Environnements d'apprentissage ouverts (années 80) • Systèmes coopératifs • Environnements d'apprentissage contrôlé • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur(années 90) • Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH) • Hypertextes

3. Plusieurs visions (1) • par discipline concernée : • Informatique : • calculateur, gros systèmes, PC, informatique distribuée, nomade, vestimentaire • augmentation des performances des ordinateurs, interfaces multimodales, réalité augmentée • Intelligence Artificielle • systèmes experts, IAD, intelligence collective • Psychologie • behaviorisme, cognitivisme, Cognition située, distribuée,  écologique, théorie de l'action, etc. • Sciences de l'éducation, Pédagogie, Sociologie • Didactique des disciplines : théorie anthropologique et institutionnelle, théorie de situations didactiques, approches épistémologique et sémiologique, approche instrumentale, approche cognitive

4. Plusieurs visions (2) • par disciplines concernées • rapports complexes entre les disciplines concernées • par thèmes de recherche • modélisation des domaines (connaissances et raisonnements) • modélisation de l'apprenant • interface et interaction systèmes-apprenants • gestion de l'apprentissage, assistance à l'apprenant et au formateur • architectures logicielles et modèles généraux • hypermédias • exploration de différents paradigmes d'apprentissage • Points de repères : adoption d'un point de vue • partiellement chronologique, grands courants de pensée : leur évolution et leurs interactions • points clés : rôle des machines dans l'apprentissage, statut pour la connaissance

5. Plan • enseignement programmé et EAO • Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur • Logo et micromondes • Hypertextes • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur et Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain

6. Enseignement programmé... • enseignement : art vs une science et des techniques • enseignement vu comme l'exécution d'un programme • point de départ : la machine de Pressey (1926) • critique de la récitation par un élève en classe, délai entre la production d'une solution et la correction • apprentissage par l'action et la correction immédiate • libérer l'enseignant des tâches fastidieuses de répétiteur • fondement théorique : Skinner et le behaviorisme • participation active du sujet • séquences courtes • progression graduée selon le rythme personnel de l'élève • réponse juste à la question posée • relation précepteur/élève pensée méthodiquement

7. ...et des machines à enseigner sans ordinateur • La matière à enseigner est présentée sous forme d'un programme comportant • analyse • organisation • progression • L'élève est mis en présence de ce programme (suite de séquences ou d'unités) par l'intermédiaire d'un support (livre, fiche ou machine) • Distinction • programme : division en unités élémentaires de la matière à enseigner, articulation de ces unités, leur formulation, la progression des difficultés • machine : dispositif mettant en œuvre le programme

8. Quatre principes et un exemple • Principe de structuration de la matière à enseigner en unités élémentaires (principe des petits pas) • Principe d'adaptation aux différences individuelles dans le rythme d'apprentissage • Principe de stimulation qui fonde l'apprentissage sur une participation active de l'élève sollicité par des questions auxquelles il doit fournir une réponse effective • Principe de contrôle et de connaissance immédiate de la solution (principe du feedback immédiat)

9. Limites de l'enseignement programmé • enseignement par questions-réponses (méthode interrogative) • ne concerne que des domaines très limités • prépare idéalement à ce qui lui sert de critères : les tests • toutes les connaissances ne peuvent être définies facilement en terme de performances observables et mesurables • risque de morcellement du contenu et de défaut de synthèse • l'individualisation • "le travail individualisé n'a de sens que s'il est intégré à la vie sociale coopérative"(Freinet, 1966) • nécessite une technologie adéquate pour assurer un enseignement réellement adaptatif • l'informatique : occasion de développement après essoufflement • ordinateur personnel : EAO • multimédia : logiciels éducatifs multimédia • Internet

10. EAO, instrument d'enseignement • utilisations : • exercices répétés (drill and practice) • tutoriel • résolution de problèmes • laboratoire • jeux • dialogue • au point de vue technique • programmes linéaires (tourne page) • programmes à branchement • programmes adaptatifs • programmes génératifs

11. Variations sur le sigle EAO (Vivet 1989) • Enseignement • Assisté par Ordinateur, Assuré par Ordinateur, • Administré par Ordinateur(au sens administrer un médicament, au sens gérer) • Évaluation Assistée par Ordinateur • Enseignant • Assisté par Ordinateur, • Assujetti à l' Ordinateur • Enseigné Assisté par Ordinateur • Environnement Accessible par Ordinateur • Échanges Améliorés par Ordinateur • Exploration Assistée par Ordinateur

12. Variations sur le sigle EAO (Vivet 1989) Mais pas Enseignant Aboli par l'Ordinateur

13. Apports • théorie de l'apprentissage reposant sur des machines dont le rôle consiste • à contrôler les variables d'apprentissage • pour améliorer l'efficacité de l'enseignement • mise au point de connaissances et de méthodes scientifiques sur les processus d'enseignement et d'apprentissage • définir de buts éducatifs précis et • les exprimer en terme de comportement observables • activités permettant à l'élève de travailler à son rythme, de participer à des simulations ou expériences

14. Difficultés • aucune loi d'apprentissage ne garantit l'efficacité d'une action susceptible de modifier un comportement • analyse fine de l'activité de l'élève • outils pour la comprendre • l'observer • pour mieux la guider • prise en compte de la nature de la connaissance en jeu, des activités et du contexte dans les apprentissages

15. Limites et perspectives • limites • rigidité des programmes (questions et réponses pré-enregistrées) • représentation sommaire de l'élève et représentation atomisée de la matière à enseigner • pauvreté des interactions et incapacité à répondre aux questions de l'élève • perspectives (influence de Piaget et du constructivisme) • participation active de l'élève, marge d'initiative plus grande accordée à l'élève • tâches de recherche, création, résolution de problèmes complexes

16. Naissances de deux courants de recherche : • poursuivre sur la programmation de l'enseignement • applications de l'IA : • tuteurs intelligents pour améliorer les capacités d'adaptation à l'élève et au contexte • promouvoir l'ordinateur comme un moyen d'expression, d'expérimentation et de création pour les élèves • Logo, micromondes

17. Plan • enseignement programmé et EAO • Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur • Logo et micromondes • Hypertextes • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur, Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain

18. Enseignement Intelligemment assisté par ordinateur • point de départ : • limites de l'EAO • attente très forte dans les techniques issues de l'intelligence artificielle • idée de base (milieu des années 80): • les systèmes experts (SE) résolvent les problèmes en manipulant des connaissances du domaine et des connaissances sur la façon de résoudre des problèmes (des métaconnaissances) • un SE présente 3 caractéristiques intéressantes pour l'éducation • il résout les problèmes posés à et par l'apprenant • représentation des connaissances du domaine • il explique les solutions qu'il a trouvées • représentation des métaconnaissances du domaine • il peut gérer une session pédagogique en tenant compte de l'apprenant et du contexte (adaptabilité)

19. Tuteurs Intelligents • qu'est-ce que c'est ? • un logiciel expert dans le domaine à enseigner et expert en pédagogie • situation d'apprentissage envisagée : • le TI dialogue avec un apprenant notamment à propos de la résolution d'un problème • thèmes de recherche dominant : • modélisation de l'expertise d'un domaine • le TI est compétent dans le domaine • modélisation de l'apprenant • le TI doit comprendre ce que fait et sait l'élève • modélisation de la connaissance pédagogique • le TI doit savoir quelles activités proposer à l'élève et comment le guider • modélisation du dialogue pédagogique

20. Architecture des tuteurs intelligents quatre modules sont classiquement développés • module expert • modèle de l'apprenant • module pédagogique • interface

21. Fondements théoriques • constructivisme (Piaget et successeurs) • rôle déterminant du sujet qui construit ses connaissances • par interaction avec le milieu qui l'entoure; • en adaptant ses connaissances à travers des phases de ruptures et de ré-équilibrations. • rôle déterminant de l'action (résolution de problèmes, ou tâche intellectuelle) • cognitivisme (théorie du traitement de l'information) • métaphore du processeur humain • le monde extérieur est représenté en mémoire par des structures • à partir du comportement d'un sujet on infère des traitements et des processus sur ces structures cognitives internes • enseignement : faire correspondre les structures cognitives des experts avec celles de l'élève • en gérant la charge cognitive • en favorisant des changements dans les schémas conceptuels

22. Des réalisations par exemple • Mycin, Neomycin (Clancey (1983, 1987) • Camelia (Vviet 1984), Amélia (Vivet 1988) , Elise (Delozanne 1992) • A+X(Nicaud) • Chypre(Bernat) • Pat et Algebra Brain (Koedinger, Singley, Anderson)

23. Apports • recueil de connaissances • auprès des experts sur la résolution de problème • auprès des élèves sur les erreurs, les conceptions partielles ou erronées, les représentations • auprès des enseignants sur leur stratégies, sur la façon dont ils pratiquent leur métier • représentation des connaissances et l'ingénierie des connaissances • enrichissement des formalismes de représentation des connaissances • base de faits, base de règles et de méta-règles, graphes conceptuels • raisonnement sur des connaissances incertaines • modèles conceptuels utilisant différents niveaux de connaissance • prise de décision dynamiquement en cours de session • expériences (cruelles pour les concepteurs) ont permis une évolution des problématiques : de l'intelligence vers l'interaction

24. Limites • développement d'un seul des 4 modules ou de plusieurs modules mais de façon très limitée • domaines très restreints • peu sortent des labos • insuffisance des modélisations de l'apprenant pour prendre des décisions pédagogiques • le TI suppose une certaine conceptualisation du domaine forçant la performance de l'apprenant dans ce cadre • les résolutions, le diagnostic se fait sur la base de ce cadre • pas sur les conceptualisations de l'élève • les stratégies d'enseignement sont assez intuitives et peu formalisables • l'interaction avec l'apprenant est très sommaire

25. Les leçons apprises • remise en cause de l'idée fondatrice d'un transfert possible de compétence entre un expert et un débutant par l'intermédiaire d'une représentation en machine • importance du rôle du maître : • abandon de l'idée de machine tuteur • idée de machine lieu de l'activité et assistante à l'activité • importance de l'interaction entre l'élève et le système • importance de l'interaction entre les élèves entre eux

26. Plan • enseignement programmé et EAO • Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur • Logo et micromondes • Hypertextes • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur • Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

27. Logo et les micromondes • rupture avec l'enseignement programmé • fonder l'éducation • sur l'activité des apprenants et l'analyse de leurs besoins et de leur intérêts • plutôt que de partir d'une organisation détaillée des connaissances à apprendre • rôle de la machine : • moyen d'expression et de création • sous contrôle de l'apprenant • donner à l'apprenant la possibilité de programmer la machine

28. Logo • Papert, Le jaillissement de l'esprit (1981) • faciliter l'apprentissage par la programmation et non apprentissage de la programmation • reconnaître l'importance des aspects moteurs et non langagiers dans les apprentissages • Introduit en France en 1977 • expérimentations dans IREM et les écoles normales • utilisé en France dans les écoles primaires mais aussi en formation professionnelle (Renault) • utilisé à l'étranger pour faciliter des apprentissages mathématiques

29. Les micromondes • Papert : • Ce sont des objets qui d'une certaine façon sont semblables à ceux avec lesquels on travaille dans le monde réel et, d'une autre façon, sont semblables à des objets abstraits • Définition : • objets transitionnels :aident à manipuler des objets abstraits, des passerelles entre les apprentissages intuitifs et formels • mondes artificiels : l'utilisateur agit sur des objets dont le comportement respecte certaines contraintes de fidélité et de cohérence • Les expériences montrent l'importance de la structuration des activités et de leur gestion par un enseignant compétent et motivé • Tension entre • exploration libre pour favoriser la motivation, la prise de risque et le développement de l'autonomie • structuration d'activités pas entièrement planifiées mais soigneusement régulées

30. Extensions de la notion de micromonde • Les multimondes : permettent de travailler sur plusieurs représentations d'un même concept • exemple : Repères (Dubourg 1995) • Robotique pédagogique • exemple : Roboteach (Leroux 1995) • Les simulations actives • exemple : Arcade • Outils de construction géométrique • exemple : Cabri-Géomètre, Géoplan • problème de la géométrie dynamique

31. Environnements ouverts • outils informatiques pour produire, modéliser et explorer • exemples : • Outils logiciels : • Progiciels (tableurs, traitement de texte, organisateur d'idées etc.) • Langage de programmation • Systèmes de calcul formel • Résolveurs • Micromondes • Micromondes transitionnels • Multimondes • outils de constructions géométrique

32. Apports et limites • très controversés • complexité de l'apprentissage due à l'interaction entre trois modèles • le modèle représenté à l'écran • le modèle sous-jacent à cette représentation • le modèle mental de l'usager où de l'aprenant • potentialités éducatives très importantes • en particulier il permet de partager une expérience de façon non verbale (aspect socio-constructiviste) • nécessité d'une assistance durant l'activité • par l'enseignant : quelle compétence ? • par le système : difficulté de choisir le niveau d'intervention

33. Plan • enseignement programmé et EAO • Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur • Logo et micromondes • Hypertextes : cours prochain • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur • Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

34. Plan • enseignement programmé et EAO • Application de l'IA à l'éducation : Tuteurs intelligents et Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur • Logo et micromondes • Hypertextes • Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur • Environnements Informatique pour l'Apprentissage Humain

35. Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur • vers une synthèse tuteurs et micromondes ? • oppositions • environnements prescriptifs/ environnement de travail ou productif ou d'exploration • théories de l'apprentissage • acquisition de structures et procédures cognitives • activité située dans des contextes physiques et sociaux • une convergence • le déficit d'usage des TI amène à se centrer sur les activités de l'apprenant davantage que sur la structuration du domaine à enseigner • la nécessité d'une assistance à l'activité dans les micromondes conduit à la nécessité d'une modélisation explicite des connaissances pour prendre des décisions appropriées

36. Par rapport aux Tuteurs Intelligents • Enseignement vers Apprentissage • moins d'attention à la structuration a priori de la matière • plus d'attention portée aux activités d'apprentissage • Intelligent vers Interactif • grande attention accordée à l'interaction et aux activités non verbales • grande attention accordée à la représentation des connaissances à l'interface • interface multimédia • le système doit posséder une représentation explicite des connaissances ? • la connaissance est embarquée dans l'interaction, l'interface les activités proposées ? • Assisté par vers Avec • l'ordinateur est un des éléments du dispositif (maître, co-apprenants, réseaux)

37. Par rapport aux micromondes • Guidage • Activités structurées • Aide à l'enseignant et au formateur • Nécessité d'un enseignement explicite

38. Thèmes de recherche • méthode de conception et d'évaluation centrée utilisateur • modélisation des situations d'interaction • diagnostic de compétences • environnement d'apprentissage à distance • apprentissage collaboratif • systèmes d'assistance aux formateurs ou aux enseignants • instrumenter le métier d'enseignant

39. Concepts principaux • interaction (EIAO) • activité réelle avec une machine pas simplement une stimulation • sens construit par l'apprenant au cours de ces activités • conception de l'interaction au sens de situations d'apprentissage plus globales • visions de la connaissance • intérêts des processus métacognitifs • connaissances implicites • représentations intermédiaires • points de vue multiples • diversité des formes d'apprentissages : styles d'interaction différents • rôle de la machine : enseignant, instrument,simulant un co-apprenant • prise en compte des aspects coopératifs • entre apprenants, avec l'enseignant, avec d'autres agents artificiels ou humains

40. EIAH Environnements Informatiques pour l'apprentissage humain • met l'accent sur l'accès distribué, en réseau des interactions et des apprentissages • coopérations d'agents humains et artificiels