Technologies de la Simulation Interactive de Modèles Physiques Multisensoriels

This thesis presents my research activity on multisensory interactive simulation (gesture, sound and image), in technological and conceptual aspects. This interdisciplinary research concerns three fields : 1/ physical modeling for simulation, 2/ hardware and software architectures for real time computation, 3/ interactive gestural interfaces (with force feedback). Work done in these three fields is presented chronologically.Ce mémoire présente mon activité de recherche sur la simulation interactive multisensorielle (geste, son et image), dans ses aspects technologiques et conceptuels. C’est une recherche interdisciplinaire qui concerne trois domaines : 1/ modélisation physique pour la simulation, 2/ architectures matérielles et logicielles pour le calcul temps réel, 3/ interfaces gestuelles interactives (à « retour d’effort »). Les travaux effectués dans ces trois domaines sont exposés de manière chronologique

Réalisation et validation en VHDL d'un récepteur de station de base à modulation en étalement de spectre

Les communications en étalement spectral sont utilisées à grand déploiement depuis l'adoption du standard cellulaire civil IS-95A en Amérique du nord. Pour augmenter la capacité des réseaux sans fil et permettre la diffusion de contenu numérique multimédia, le standard 3GPP a été développé. Il spécifie une bande passante supérieure, ce qui entraîne des débits de données plus élevés. Ce type de transmission impose cependant des contraintes sur le récepteur RAKE classique et exige sa révision pour diminuer les dégradations inter-symboles, inter-usagers et multi-trajets

Pierre-François Verhulst et la loi logistique de la population

With the progress made by demographic analysis, the first attempts to formalize the dynamics of populations seem to have lost much of their theoretical and practical interests. But, if researches favouring the global approach – through which Quetelet and his disciple Verhulst became famous in the 1830s, then Pearl and Reed in the 1920s – have become obsolete, as far as prediction of human populations growth is concerned, they nevertheless represent a very significant landmark in the history of the “mathematisation”of the social sciences.Avec les progrès réalisés par l'analyse démographique, les premières tentatives de formalisatin de la dynamique des populations semblent avoir perdu presque tout intérêt théorique et pratique. Mais, sil les recherches privilégiant l'approche globale - où s'étaient illustrés Quetelet et son élève Verhulst dans les années trente du XIXe sièce, puis Pearl et Reed dans les années vingt du siècle suivant - sont tombées en déhérence en ce qui concerne la prévision de croissance des populations humaines, elle sreprésentent cependant un épisode significatif de l'histoire de la "mathématisation"

L'estimation numérique dans les apprentissages mathématiques : rôles et interêts de la mise en correspondance des représentations numériques au niveau développemental, éducatif et rééducatif

Understanding the development of numerical abilities is a major issue to guide educative and reeducative practices in mathematics in young children. National and international investigations has demonstrated that the mathematical skills of students has decrease since 2003 (PISA, 2012). Nowadays, weak capacities to map numerical representations and therefore a defective « number sense » (Dehaene, 1997 ; 2001) is the most supported hypothesis. The « number sense » is contained into the analogical and non-verbal representation of number. In this work, we consider that numerical estimation is a good way to exercise this mapping and give sense to verbal and written numerical symbols. Indeed, the role of numerical estimation needs to be specified in order to lead the (re)educative practices (Dehaene, 1997 ; 2001 ; Von Aster et Shalev). During three experimental studies, we explore the role of numerical estimation, in an educative and reeducative way in children in first year and children with down’s syndrom. The acquisition of numerical representations and the complex relations they have are also explored and discussed through a spirality hypothesis in order to better specify actual models of number treatment.La compréhension du développement des habiletés numériques est un enjeu majeur pour guider les pratiques éducatives et rééducatives des jeunes enfants. Les résultats des enquêtes nationales et internationales sont unanimes à cet égard : le niveau moyen des élèves en mathématiques a chuté depuis 2003 (PISA, 2012). L’hypothèse la plus avancée à l’heure actuelle est celle d’un déficit des correspondances entre les codes numériques et le « sens des nombres » (Dehaene, 1997). Le « sens du nombre » est contenu dans la représentation analogique et non verbale des nombres. Dans le présent travail, nous cherchons à démontrer que l’estimation numérique permet ainsi d’exercer les correspondances entre les codes afin de donner du sens aux représentations symboliques écrites et orales. Malgré l’importance accordée aujourd’hui au processus d’estimation, son rôle dans les apprentissages doit encore être précisé afin d’orienter et de mieux guider les pratiques (ré)éducatives (Dehaene et Cohen, 2001 ; Von Aster et Shalev 2007). A travers trois études expérimentales, nous explorons ainsi le rôle de l’estimation numérique dans les apprentissages d’un point de vue éducatif (auprès d’enfants scolarisés en CP) et d’un point de vue rééducatif (dans le syndrome génétique de la trisomie 21). L’acquisition des différentes représentations et des relations complexes qui s’établissent entre-elles est également analysée et discutée pour mieux préciser les modèles de traitements du nombres et du calcul actuels. Les résultats obtenus corroborent ainsi une hypothèse de spiralité des apprentissages symboliques

Théorie des contextes et relations internationales : Départ de la première guerre d’Indochine

Bateson's "Eurêka" has been his application of Russell and Whitehead's theory of types to the social sciences. They had postulated a discontinuity between the levels of the members of a class and a class of classes and so on. Hence a class may not be a member of itself. The cat scratches and the word "cat" does not bite. Confusion between levels, or the signifier and the signified, or the map and the territory, or the menu and the meal, is a sign of disorder. Having been introduced to Bateson's ecology, Anthony Wilden has formulated a theory of contexts, already present in "System and Structure". In order to avoid simplicity through the flattening of social and organic levels into inorganic levels of matter-energy, the theory of contexts suggest the organisation of constraints, complexites, or levels of reality into levels of logical types, using the rule of extinction. It goes on to suggest the use of the rule of commutation to eliminate spurious similarities and inappropriate symmetries which lead to oppositions and Imaginary "contradictions". It is suggested to use Korzybski and Hayakawa's rule of communication in order to get over conflicts due to misperception. To illustrate all of this, we propose to dismanthe the processes which have led to the misunderstanding behind the first Indochinese war of 1946-1954. From one misunderstanding to another, the VPA (Vietnam People's Army), in the 1980's, mobilised at the Kmer-Siamese border, at the door of Thailand who since 1939 has claimed to be the land of the Thais and heir to the Champa empire which was established in 192 and, soon after 1471, was dissolved by the "gnawing" of the Vietnamese peasants in their "long march" towards the South. The most revolting of working, conjugal and international disputes is that which emerge from misperceptions where each party is convinced of its own good will and of the foul bad will of the other. A mutual consent regarding the context, that of metacommunication, may lead to a common signification (consensus) of beings, events and objects

Étude de la validité de dispositifs d’évaluation et conception d’un modèle d’analyse multidimensionnelle des connaissances numériques des élèves de fin d’école.

If mathematical large scale assessments increase actually, their content and the interpretation of their results are not often studied, principally on the didactics of mathematics. In this work, we approach the question of assessment with two points of view : studying validity of external assessments and elaborating a multidimensional analysis model of numerical knowledge for designing a diagnostic assessment. Our research is about numerical knowledge of primary school pupil, especially place value and base-ten numeration, multi-digit algorithms, arithmetic relations between numbers, mental calculation, and arithmetic problems solving. Our questions are introduced by a review of didactical researches about external large scale assessments and diagnostic tools for mathematical assessment. In the numerical domain considered, relatively to an anthropological framework, we define an epistemological reference, which allows us to study the content of a test and to interpret the results.The first area of the thesis aims to develop a methodology for analyzing the validity of mathematical assessments, encompassing didactical, epistemological and cognitive approaches but also psychometrical approaches, in the specific case of external large scale assessments. We use this methodology for studying content (relatively to numerical domain) and results of a French large scale assessment (called CEDRE) which took place in 2008 and 2014.In a second area, we define a multidimensional analysis model of numerical pupil’s knowledge ; this model is based on technological modes and provide the description of different pupil profiles. Finally, we test this model by designing a diagnostic assessment for pupils at the end of primary school ; we study the validity of the test and interpret the results relatively to the model, but we plan to use it for developing an automatic diagnostic allowing the implementation of differentiated learning routes.Alors que les évaluations externes à grande échelle en mathématiques se développent de plus en plus, l’analyse de leur contenu en lien avec l’interprétation de leurs résultats est peu souvent étudiée, notamment en didactique des mathématiques. La thèse aborde la question de l’évaluation sous deux angles : l’étude de la validité des évaluations externes et le développement d’un modèle d’analyse multidimensionnelle des connaissances numériques des élèves en vue de la conception d’une évaluation diagnostique. Nous avons choisi de centrer notre travail sur l’évaluation des connaissances des élèves en fin d’école primaire dans le domaine numérique, plus précisément sur les nombres entiers à travers la numération décimale, les relations arithmétiques entre les nombres, le calcul et les problèmes numériques.Un bilan des travaux existant en didactique des mathématiques sur l’évaluation, en particulier sur les dispositifs d’évaluations externes bilan à grande échelle et sur les évaluations diagnostiques introduit notre problématique. Nous nous situons dans une approche anthropologique et cognitive afin de définir, sur le domaine étudié, un référent épistémologique à partir duquel il est possible d’analyser le contenu des évaluations et d’interpréter les résultats des élèves.Un premier axe de la thèse vise à développer une méthodologie d’analyse de la validité de dispositifs d’évaluation, en particulier externes, articulant des approches didactique, épistémologique, cognitive en complément d’approches psychométriques, spécifiques aux évaluations à grande échelle. Cette méthodologie est ensuite exploitée pour étudier les évaluations externes CEDRE fin d’école en 2008 et 2014 du point de vue de leur contenu (sur le domaine étudié) et de l’interprétation des résultats qui en est faite.Le second axe conduit à la définition d’un modèle d’analyse multidimensionnelle des connaissances numériques des élèves à partir de modes technologiques aboutissant à la définition de profils d’élèves. Dans la thèse, nous mettons ce modèle à l’épreuve à travers la conception et l’analyse des résultats d’une évaluation diagnostique menée en fin de cycle 3, mais nous le destinons, à terme, à sous-tendre un diagnostic automatique permettant la mise en œuvre de parcours d’enseignement différencié

L'Analogie : Études sur son usage en didactique en Chimie, en Mathématiques, en Physique.

International audienceLe recours à l'analogie est une réalité, tant dans des dispositifs d'enseignement en chimie, mathématiques et physique, que, de fait, dans les pratiques des enseignants. Si certaines des fonctions heuristiques de l'analogie ou de formalisation jouent un rôle dans les sciences contemporaines, le recours à l'analogie peut parfois relever d'une pratique empirique dont les risques à plus long terme sur la compréhension des concepts scientifiques, voire la constitution d'obstacles didactiques, ne sont pas toujours envisagés.Cette publication du groupe "Mathématiques et réalité" du LDAR analyse dans une première partie des ouvrages sur les modèles contemporains de l'analogie. Dans une seconde partie l'étude de textes d'historiens des sciences conduit à s'interroger sur le fonctionnement de l'analogie en sciences. Dans une troisième partie des synthèses et des expérimentations didactiques apportent un éclairage sur son usage actuel dans les processus d'apprentissage ou d'enseignement

La notion de modèle dans les sciences sociales: anciennes et nouvelles significations

The model is today a crucial notion in the social and physical sciences. Revisiting several philosophical or historical works on models, the author gives elements for a genealogy of this category, ranging from its use by Maxwell and Boltzmann in physics to the debates of the Vienna circlce on model theory in mathematical logic, and later, the irruption of the notion in the field of social sciences around World War 2, due to the progress made in applied mathematics, computer science and simulations as well as in structural modelling and operational research. The study of complex objects such as ecosystems, the climate or the world economy, which can not be represented within the framework of a single theory, have necessitated a plurality of approaches to knowledge, some of which are theoretical, others empirical. The model, and the software that is used must seek to integrate these various elements of knowledge, while taking into account the aims of the modelling activity; arbitrages, decisions about actions and the management of systems. Rather than a cognitive mediator between theory and observation, modelling has come to be a social and political activity, intrinsically linked to the motivations of the participating actors and to collective decisions.La notion de modèle joue un rôle fondamental aussi bien dans les sciences physiques que dans les sciences sociales. En s'appuyant sur les travaux de différents colloques et de travaux plus récents du centre Koyré, l'auteur dresse une fresque des différentes acceptions de la notion de modèle qui passe par la physique de Maxwell et Boltzmann à la fin du XIXe siècle, par les débats du Cercle de Vienne et la théorie des modèles en logique mathématique dans les années 1930-1950, puis par l'explosion de la notion plus empirique de modèle dans les sciences sociales aux deux moments clés des années trente et de l'immédiat après guerre avec le développement des mathématiques appliquées, de l'informatique, de la recherche opérationnelle, et de la modélisation structurelle. Une rupture importante apparaît dans les années 1970 qui invite à considérer que la modélisation des systèmes complexes ne trouve plus appui sur une théorie scientifique mais sur une multitude de savoirs que le modèle et plus encore le logiciel sont à même d’intégrer en fonction d’objectifs de connaissance et d'intervention. Dès lors c'est davantage la modélisation comme activité sociale et politique, inscrite dans des logiques d'acteurs et de décision collective, qui doit être considérée plutôt que le modèle comme objet médiateur purement cognitif entre théorie et observation

L'intelligence de l'usager

To define the digital user supposes to measure changes introduced by networks, but also to specify what is affected by these changes : the use, the object, the user himself ? This question concerns at the same time theories of use and digital a literacy. If digital thing is considered only as one more media or as a new environmental ecosystem, the statute, the action and the implication of users will change value. Sometimes receptor (of messages), user (of tools), consumer (of services and products) or producer (of resources and values), the digital user seems capitalize all the postures that the communication and information systems can assign. We have now to examine if this capitalization is limited to recycle old "arts d efaire", or if it produces a new competence.Définir l'usager numérique suppose qu'on prenne la mesure des changements introduits par la mise en réseau des informations, mais aussi qu'on précise ce qui est affecté par ces changements : l'usage, l'objet, l'usager lui-même ? Cette interrogation convoque à la fois les enjeux d'une théorie de l'usage et ceux d'une digital literacy. Selon qu'on envisage le numérique comme un média s'ajoutant aux autres ou comme un écosystème environnemental, le statut, l'action et le degré d'implication de l'usager changeront de valeur. Tantôt récepteur (de messages), utilisateur (d'outils), consommateur (de services et de produits) ou producteur (de ressources et de valeurs), le digital user semble de fait capitaliser toutes les postures que les systèmes d'information et de communication peuvent assigner aux usagers. Reste à savoir si cette capitalisation se limite à recycler d'anciens " arts de faire ", ou si elle produit une compétence inédite