Soutenance mémoire
La conception des EIAH
Un EIAH est, principalement, la réunion d’une intention didactique ou pédagogique et d’un environnement informatique. Concevoir un EIAH, c’est concevoir, organiser et gérer un dispositif impliquant des acteurs humains (un ou plusieurs apprenants et enseignants) et un ou plusieurs artefacts informatiques. La conception d’un EIAH pose des questions qui relèvent à la fois de l’informatique et des sciences cognitives lorsque le problème considéré est celui de la mise en œuvre de situations d’apprentissage nécessitant la conception d’un artefact informatique spécifique, qui doit présenter des propriétés ou des caractéristiques explicitement liées à l’intention didactique ou au contexte pédagogique.
Enseignement programmé
De Montmollin(De Montmollin, 1971) définit l’enseignement programmé comme « une méthode pédagogique qui permet de transmettre des connaissances sans l’intermédiaire directe d’un professeur ou d’un moniteur, ceci tout en respectant les caractéristiques de chaque élève pris individuellement » L’enseignement programmé obéit à quatre règles :
Le principe de structuration de la matière : le regroupement les informations et leur présentation de manière à faciliter la compréhension et la mémorisation.
Le principe d’adaptation :l’enseignement doit être adapté vis avis de ses connaissances antérieures, à son âge, etc.
Le principe de stimulation : « l’intérêt, le désir de travailler, l’attention de l’élève doivent être constamment stimulés » (De Montmollin, 1971).
Le principe de contrôle : l’apprentissage doit être constamment contrôlé.
L’enseignement programmé est avant tout une méthode de présentation de l’information. Ses fondements se retrouvent en partie dans l’enseignement de Socrate, de Platon, des Descartes.(Lefevre, 2017) En effet, Socrate utilise une série de questions qui s’enchaînent logiquement afin d’amener son interlocuteur à découvrir la vérité. Quant à l’idée d’enseignement programmé mécanisé, elle naît dès le début du XXe siècle. En effet vers 1910, Thorndike imagine déjà des machines à enseigner : « si, par le miracle de l’ingéniosité mécanique, un livre pouvait être agencé d’une telle façon que seulement pour celui qui aurait fait ce qui est demandé à la première page, la page deux devient visible, et ainsi de suite, beaucoup de ce qui requiert actuellement de l’instruction personnelle pourrait être assuré par le livre »(Bruillard., 2000). Mais le matériel de l’époque ne permet pas de réaliser ce rêve. Le projet PLATO (ProgrammedLogic for AutomatedTeaching Operations) dirigé par Bitzer en 1959 (Alpert et Bitzer, 1969 ;Bitzer, 1970) est un exemple de cette époque. PLATO fut la première mise en œuvre d’une activité pédagogique avec ordinateur au début des années 1960 (le projet est maintenant un projet commercial de formation). L’intérêt suivant était l’automatisation de l’enseignement en remplaçant l’enseignant humain par un enseignement auto programmé grâce aux systèmes d’« Enseignement Assisté par Ordinateur » (EAO)
Les Environnements informatique d’apprentissage humain (EIAH)
Avec l’évolution et le développement des technologies et particulièrement de l’internet, les systèmes ont de plus en plus développé des dimensions telles que la communication, le travail coopératif ou collaboratif entre apprenants. À ce moment, l’assistance de l’apprenant par la machine (face à lui) n’est plus obligatoire, car il a la possibilité d’apprendre par son interaction avec un environnement complexe (machines, pairs, enseignants, etc.). C’est pour cela que nous parlons aujourd’hui d’EIAH (Environnement Informatique d’Apprentissage Humain) ou de TEL (Technology-Enhanced Learning, apprentissage amélioré par la technologie). Tandis que les recherches en EIAO mettent l’accent sur la nécessité de la présence d’un formateur avec les apprenants pour guider leur apprentissage, les recherches en EIAH se focalisent sur la conception de situations différentes dans lesquelles peuvent coopérer à distance les différents acteurs de l’apprentissage. L’apprenant est ainsi plus autonome (Balacheff, Baron, Desmoulins, Grandbastien, & Vivet, 1997). Les EIAH désignent donc des environnements utilisant les nouvelles potentialités de communication qu’accordent les avancées technologiques (e.g interactions synchrones/asynchrones entre différents acteurs de l’apprentissage, mutualisation des données à distance). Il engage des agents humains (élève, enseignant, tuteur) et artificiels (agents artificiels, qui peuvent eux aussi tenir des rôles distincts) et leur offre des situations d’interférence, localement ou à travers les réseaux informatiques. (Lefevre, 2017) Nombreuses plateformes d’EIAH ont été développées et plusieurs sont disponibles sur le web en libre accès. Ces plateformes sont des environnements qui offrent à l’enseignant la possibilité de créer et de gérer très aisément un cours sur Internet, avec la liberté de choisir la méthode pédagogique, et sans avoir à acquérir préalablement des compétences informatiques particulières. Également elles mettent à disposition des outils de communication (forums, chat), des instruments d’évaluation (exercices, sondages, travaux), et la possibilité de déposer des ressources pédagogiques (fichiers PDF, séquences vidéo, etc.) (El Bachari, El Hassan, et El Adnani, 2012).
Notion d’ontologies
Ontologie est un terme grec composé des mots « Ontos=etre » et « Logia=discours(langage+raison) ». Historiquement, le terme Ontologie a tout d’abord été défini en Philosophie comme une branche de la Métaphysique qui s’intéresse à l’existence, à l’être en tant qu’être et aux catégories fondamentales de l’existant, c’est-à-dire l’étude des propriétés générales de ce qui existe. Par la suite, le concept d’ontologie est apparu en pleine lumière dans le domaine de l’intelligence artificielle, afin d’apporter une solution aux problèmes de modélisation des connaissances et plus précisément, en ingénierie des connaissances. John McCarthy avait abordé la notion d’ontologie pour la première fois en 1980 dans le domaine de l’intelligence artificielle (IA) en affirmant que les concepteurs des systèmes intelligents fondés sur la logique devraient d’abord énumérer tout ce qui existe. (Welty, 2003)
L’apprentissage renversé exige un changement dans la culture d’apprentissage
Le modèle d’enseignement traditionnel est centré sur l’enseignant comme étant la principale source d’information, l’enseignant est le « sage sur scène » (King, 1993), un expert du contenu qui fournit des informations à l’apprenant sous forme de cours magistral en général. Dans le modèle d’apprentissage inversé, on bascule volontairement d’une approche centrée sur l’enseignant à une approche centrée sur l’apprenant où le temps en classe est consacré à l’exploration profonde des notions et à fournir des perspectives d’apprentissage meilleures. Les apprenants participent davantage dans la formation de leurs connaissances. De ce fait, ils peuvent théoriquement rythmer leur apprentissage, vu qu’ils ont la possibilité de consulter le contenu à l’extérieur de la classe. Les enseignants de classe inversée offrent leurs aides aux apprenants et leur permettent d’explorer en profondeur les notions cibles dans le processus d’apprentissage. Aussi, ils visent le niveau de préparation ou la zone de développement proximal des apprenants, où ils sont mis à l’épreuve, mais pas au point d’être démoralisé(Vygotsky, 1978).
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Table des matières
Introduction
Contexte général de recherche
Problématique
Méthodologie de recherche
Objectifs à atteindre
Organisation du manuscrit
Chapitre 1 : Environnement Informatique d’Apprentissage Humain EIAH
1. Introduction
2. Définition
3. L’évolution historique de la formation à distance
3.1. Enseignement par correspondance
3.2. Enseignement télévisé et modèle industriel
3.3. Enseignement à distance interactif
3.3.1. Enseignement programmé
3.3.2. EAO … IA … EIAO … Tuteur Intelligent
3.3.3. Hypertextes et hypermédia
3.3.4. Les Environnements informatique d’apprentissage humain EIAH
4. Positionnement en ingénierie des EIAH
4.1. Les EIAH entre la science et l’application
4.2. Les EIAH en tant qu’environnements interactifs de connaissance
5. Les besoins des EIAH
5.1. Besoin d’une représentation explicite et formelle
5.2. Besoin de partager la connaissance
5.3. Besoin d’une assistance pour le design pédagogique
5.4. Besoin d’indexer des objets pédagogiques
6. Les avantages majeurs
Conclusion
Chapitre 2 : Les ontologies dans le domaine des EIAH
1. Introduction
2. Notion d’ontologies
2.1. Définition
3. Constituants d’une ontologie
3.1. Concepts
3.2. Relations
3.3. Fonctions
3.4. Règle
3.5. Instances
4. Pourquoi développer une ontologie ?
5. Typologie d’ontologie
5.1. Typologie selon l’objet de conceptualisation
5.2. Typologie selon le niveau de détail de l’ontologie
5.3. Typologie selon le niveau de complétude
5.4. Typologie selon le niveau du formalisme
6. Le cycle de vie des ontologies
7. Fondements de l’ingénierie ontologique
7.1. Principes
7.2. Méthodologiesde construction d’ontologies
8. Usages des ontologies
Conclusion
Chapitre 3 : La théorie de la classe inversée
1. Introduction
2. La Classe inversée et l’enseignement inversé
3. Définition
4. Revue de la littérature
4.1. Une salle de classe inversée
4.2. La classe inversée pour l’apprentissage de l’algorithme
4.3. Discussion
5. Naissance et évolution de la classe inversée
5.1. La différence entre la taxonomie de Bloom et taxonomie révisée de Bloom
5.2. Taxonomie révisée de Bloom
6. La pédagogie de classe inversée
6.1. Qu’est-ce que la pédagogie de classe inversée
6.2. L’organisation d’une séance d’apprentissage en mode inversé
6.3. Les besoins d’apprentissage en classe inversée
6.3.1. L’apprentissage inversé exige des environnements flexibles
6.3.2. L’apprentissage renversé exige un changement dans la culture d’apprentissage
6.3.3. L’apprentissage inversé exige un contenu intentionnel
6.3.4. L’apprentissage inversé exige des enseignants professionnels
6.4. L’intérêt des outils utilisés
6.4.1. Quels outils peuvent – être utilisés ?
6.4.2. Quel intérêt donner aux divers outils ?
7. Réponse à quelques critiques récurrentes sur la classe inversée
7.1. Les apprenants ne vont pas regarder les vidéos
7.2. La classe inversée s’appuie sur/augmente les inégalités
7.3. Le manque d’interactivité
7.4. La classe inversée accroît le temps passé devant un écran pour les élèves
7.5. La classe inversée accroît le temps consacré aux devoirs
7.6. La classe inversée ne remet pas véritablement l’élève au cœur de l’apprentissage
8. Les avantages des classes
8.1. Renforcement de la relation entre l’enseignant et les apprenants
8.2. Libérer du temps en classe pour utiliser plusieurs techniques pédagogiques
8.3. Développement de l’autonomie des apprenants
8.4. Un environnement d’apprentissage plus agréable
8.5. Aider à améliorer la qualité d’apprentissage
9. Les inconvénients des classes inversés
9.1. Nécessite du travail de mise en place
9.2. Nécessite plus d’organisation
9.3. On ne rattrape pas forcément TOUS les élèves
10. Discussion
Conclusion
Chapitre 4 : Conception d’un EIAH à base d’ontologie pour une classe inversée
1. Introduction
2. Conception du système
2.1. Objectif du système
2.2. Étude des besoins fonctionnels
2.3. Les fonctions offertes par le système
2.4. Rôle du système et les acteurs
2.4.1. Rôle administrateur
2.4.2. Rôle des enseignants
2.4.3. Rôle de l’apprenant
3. Modèle du domaine
3.1. Approche de modélisation du modèle de domaine
3.3. Construction de l’ontologie « OntoAlgo » selon METHONTOLOGY
a. Spécification des besoins
b. Conceptualisation
c. Formalisation
d. Codification
4. Modèle de l’apprenant
3.2.1. Approche de modélisation du modèle apprenant
Conclusion
Chapitre 5 : Conception d’une classe inversée d’algorithmique
I. Conception d’une classe inversée
1. Introduction
2. Modèle de classe inversée d’algorithmique
3. Plate-forme d’apprentissage de classe algorithmique inversée
3.1. Objectifs
3.2. Théorie de la taxonomie révisée de Bloom dans un cours algorithmique
4.2. Conception de la classe inversée révisée par la théorie de Bloom
4.3. Conception d’une vidéo pédagogique
Conclusion
Utilisation des ontologies dans un EIAH
II. Conception du prototype de classe inversée d’algorithmique AlgoToLearn
1. Introduction
2. Démarche et objectifs pédagogiques d’AlgoToLearn
3. Architecture d’AlgoToLearn
Conclusion
Chapitre 6 : Implémentation et évaluation d’une classe inversée d’algorithmique
I. Implémentation de la classe inversée d’algorithmique
1. Introduction
2. Conception de l’environnement AlgoToLearn
2.1. Interface enseignant
2.2. Interface apprenant
II. Évaluation de la classe inversée d’algorithmique
1. Introduction
2. Participants et procédure
a. Expérience d’apprentissage pour la classe inversée
b. Expérience d’apprentissage pour la classe traditionnelle
c. Post-test
3. Résultats
a. Prétest
b. Post-test
4. Sondage auprès des apprenants et évaluation
5. Discussion
a. Impact sur l’apprentissage algorithmique de l’apprenant
b. Perceptions des apprenants
Conclusion
Conclusion générale & travaux futurs
Bibliographie
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