Analyse des données multimodales d’apprentissage pour l’étude de la résolution créative de problèmes via une activité de robotique modulaire

Creative problem solving is a complex process that is being studied through a diversity of tasks. CreaCube is an open ill-defined task whereby the player is required to engage in a creative problem-solving activity (Romero et al., 2017) that we try to analyze with computational models (Alexandre, 2020a). To represent the behavior of the subject through the activity evolution, we analyze the activity through a coding schema considering the observables for this tangible problem solving activity. Observables correspond to different states of the artifact of behaviors of the participant at a given time. In this study we introduce the learning analytic strategy corresponding to a temporal sequence of observables. Through this sequence we aim to infer the participants’ internal state based on a different sequence of observables.Through this study we aim to advance in the learning analytics strategy of a tangible problem-solving task with educational robotics. Our main goal is to be able to both collect data more easily, avoiding as much as possible the manual analysis of the video recording of the activity, and propose enriched observables. To this end, we refined the observables’ model as detailed in (Mercier et al., 2021) and added new observables and decomposed existing ones into more specific ones based on the learner and task model. We distinguished observables with automatable data collection and those which require manual identification. In the end we discuss the relevance of this new version of CreaCube by discussing to what extent it offers additions to actual data analysis and ongoing research on this subject.La résolution créative de problèmes est un processus complexe mis à l’étude via une grande variété de tâches. CreaCube est une tâche ouverte et mal-définie par laquelle une personne est engagée dans une activité de résolution créative de problème (Romero et al., 2017) que nous essayons de représenter et d’analyser avec des modèles informatiques (Alexandre, 2020a). Afin de représenter le comportement de la personne engagée dans l’activité, nous analysons le déroulement de celle-ci à travers un codage comportant différentes données nommées observables. Les observables correspondent aux différents états des artefacts observables lors de l’activité (comportements, émotions, matériel) à un moment donné. Dans cette étude, nos données d’apprentissage correspondent à des séquences d’ensembles d'observables. Via ces séquences, nous espérons pouvoir inférer l’état interne d’une personne engagée dans l’activité à partir de la séquence d’observables lui étant associée. Via cette étude, nous visons un approfondissement d’une stratégie d’analyse d’apprentissage pour CreaCube, une tâche de résolution de problème tangible avec de la robotique éducative. Notre objectif principal est d’être capable à la fois de collecter plus simplement et rapidement des données sur le déroulement de l’activité, en évitant autant que possible le recours à l’analyse manuelle des enregistrements vidéo de l’activité, et de proposer un nouveau cadre d’observables plus riche. Pour cela, nous proposons d’affiner le modèle des observables détaillé dans (Mercier et al., 2021) et d’ajouter de nouvelles observables relatives à l’évolution de la tâche extérieure à la personne engagée. Nous proposons également une distinction entre les observables dont la collecte lors des expériences peut être automatisée et celles dont la collecte requiert une identification manuelle. Enfin, nous discutons de la pertinence et de la faisabilité de ces changements en réfléchissant à une nouvelle version de CreaCube et ce qu’elle peut offrir de plus aux analyses sur les données actuellement menées sur le sujet

De CreaCube à EscapeCube : une tentative d’ajout de capteurs internes pour permettre une collecte de données automatique

CreaCube is a problem solving activity requiring both computational thinking and creative problem-solving, in which the subject tries to assemble four cubes into one structure with a specific performance. We made the assumption that device-related observables such as cubes position evolution in space may be used to automatically determine subject-related observables which can then be interpreted in relation to certain behaviors or emotions. This article details the design of new material for the CreaCube activity in order to create a new set of modular robotic cubes. This paper describes the analysis developed, step-by-step, and what pitfalls and failures we faced during the analysis of the requirements for developing new modular cubes. The goal of developing a new set of robotic cubes aims to facilitate automatic data collection but also to ensure a large diffusion of the task to collect more data automatically. First, the analysis of existing Human Robot Interactions (HRI) within the CreaCube task is developed through UML charts based on the instructions of the task and the anticipation of the HRI. Second, we discussed the physical elements of the new set of cubes, aiming at an easy open-source manufacturing for anyone interested in activities for the development of computational thinking. Third, we implemented a conditional statement algorithm trying to automatically collect device-related observables despite an unknown set of unpredicted but possible behaviors.CreaCube est une activité de résolution de problème qui requiert à la fois un recours à la pensée informatique et à la résolution de problème créatif, lors de laquelle le sujet doit assembler quatre cubes en une seule structure avec une propriété de mouvement. Nous avons fait l’hypothèse que les observables relatifs à l’état du support physique comme l’évolution de la position des cubes dans l’espace pourraient être utilisés pour déterminer automatiquement les observables relatifs au sujet comme les comportements ou les émotions. Ce rapport détaille le développement d’une nouvelle version de CreaCube. Il décrit pas à pas les étapes mises en place pour ce développement, en détaillant les différents obstacles qui se sont posés durant celui-ci. L’objectif est de développer un nouvel ensemble de cubes robotiques permettant de faciliter la collecte automatique des données. L’analyse de l’interaction homme-machine (IHM) de la tâche CreaCube est développée à travers des schémas UML basés sur les instructions de la tâche et l’anticipation de l’IHM. Ensuite, nous discutons des éléments physiques de nouveaux cubes, en visant une production facile et open-source pour un accès facilité pour une large diffusion de la tâche pour quiconque est intéressé dans le développement de la pensée informatique. Enfin, nous implémentons un algorithme conditionnel afin de déduire les observables relatifs au support à partir des données collectées par les nouveaux cubes, malgré un ensemble de conditions non exhaustif

Intergenerationality in a Digital World: Proposals of Activities:Bilingual (EN and PT)

A educação para os media tem ganho um grande fôlego nos últimos anos, porém ainda precisa de passos de gigante, muito em especial ao nível da forma como é tratada e enraizada junto dos cidadãos. Este e-book surge com essa preocupação. As fichas de atividades tão diversificadas, todas elas com uma componente digital, embora não esquecendo em alguns casos a ligação a outros dispositivos não digitais e formas de estar na vida no dia a dia. Estas 20 propostas do e-book Intergeracionalidade e o mundo digital: Propostas de atividades/Intergenerationality in a Digital World: Proposals of activities tentam dar forma a uma necessidade que encontramos de fazer com que as pessoas, além das crianças e dos jovens em espaço escolar e no contexto mais formal, questionem, pensem e ajam sobre as interpelações do mundo mediático e da informação.Media Education has gained momentum in recent years, but this area still needs to be improved, especially in terms of how it is perceived and implemented among citizens. This e-book is the result of this concern. The activities are diverse and include a digital component, without forgetting the connection to other non-digital devices in daily life. These 20 proposals of the e-book Intergeracionalidade e o mundo digital: Propostas de atividades/Intergenerationality in a Digital World: Proposals of activities intend to respond to the need that people, besides children in education, question, think and act on the interpellations of a mediatised world full of information available.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Formalizing Problem Solving in Computational Thinking : an Ontology approach

International audienceWe introduce the idea of a symbolic description of a complex human learning task, in order to contribute to better understand how we learn. The learner is modeled on the basis of knowledge from learning sciences with the contribution of cognitive neurosciences, including machine learning formalism, in the very precise framework of a task, named #CreaCube reviewed here, related to initiation to computational thinking presented as an open-ended problem, which involves solving a problem and appealing to creativity. We target problem-solving tasks using tangible interfaces for computational thinking initiation, and describe in details how we model the task and the learner behavior in this task, including goal-driven versus stimulus-driven behavior and the learner knowledge construction. We show how formalizing these elements using an ontology offers a well-defined computational model and the possibility of inferences about model elements, analyzing and predicting the learner behavior. This operationalization of a creative problem-solving task is still at a preliminary stage, but an effective proof of concept is described in this study

Proceedings of the ANR ​#CreaMaker​ workshop: co-creativity, robotics and maker education.

International audienc

ANR #CreaMaker workshop : Co-creativity, robotics and maker educationProceedings

International audienceWe’re living exciting but also challenging times at the worldwide level. From one side, there are environmental challenges that can compromise our future as humanity and the socio economic tensions generated in a context of mass consumption within a model of fossil and nuclear energy which endangers a sustainable development. From the other side, we have a growing number of citizen-based initiatives aiming to improve the society and the technological infrastructures making possible to cooperate at large scale and not only at a small-group level. Younger becomes empowered for their future. In their initiatives such #FridaysForFuture they are no longer (interactive) media consumers but move forward as creative activists to make older generations change the system in order to save the planet. At the same time, we have observed in the last years the emergence of a wide diversity of third places (makerspace, fablab, living lab…) aiming to empower communities to design and develop their own creative solutions. In this context, maker-based projects have the potential to integrate tinkering, programming and educational robotics to engage the learner in the development of creativity both in individual and collaborative contexts (Kamga, Romero, Komis, & Mirsili, 2016). In this context, the ANR #CreaMaker project aims to analyse the development of creativity in the context of team-based maker activities combining tinkering and digital fabrication (Barma, Romero, & Deslandes, 2017; Fleming, 2015). This first workshop of the ANR #CreaMaker project aims to raise the question on the concept, activities and assessment of creativity in the context of maker education and its different approaches : computational thinking (Class’Code, AIDE), collective innovation (Invent@UCA), game design (Creative Cultures), problem solving (CreaCube), child-robot interactions and sustainable development activities. Researchers from Canada, Brazil, Mexico, Germany, Italy and Spain will reunite with LINE researchers and the MSc SmartEdTech students in order to advance in how we can design, orchestrate and evaluate co-creativity in technology enhanced learning (TEL) contexts, and more specifically, in maker based education

Un montage de jeu de table à faible coût pour collecter des traces d'apprentissage pendant l'apprentissage de la pensée informatique avec des activités débranchées ou tangibles

We report on a new setup allowing us to collect learning analytics (LA) during computational thinking unplugged or tangible playful activities. We target the development of computational thinking (CT) competency, including the initiation to informatics (i.e., computer science and technology), with the goal to evaluate and analyze the development of CT. Collecting LA is mandatory in this case and if adaptive learning is targeted. While collecting LA during online interactions is rather straightforward, automatically collecting LA when manipulating tangible objects is more challenging, especially in a context where low-cost greenIT material is required.The key idea here, contrary to usual “black-box” systems working (more or less) automatically, is to change the learning paradigm and involve the learner in the data collection, making the process transparent and allowing her or him to also learn how to learn. This is particularly pertinent here since we use Informatics tools in order to … initiate to Informatics and CT. This means that we have to redesign the activity scenario including its didactic and revisit the underneath pedagogy, which turns to be an interesting and innovative challenge.Nous décrivons ici un montage original nous permettant de collecter des traces d'apprentissage (learning analytics (LA)) lors d'activités débranchées ou tangibles d'initiation ludique à la pensée informatique (computational thinking (CT)). Nous ciblons le développement de compétences en CT, y compris l'initiation à l'informatique (c'est-à-dire l'informatique en tant que science et technologie), dans le but d'évaluer et d'analyser le développement de la CT. La collecte de LA est indispensable pour évaluer cet apprentissage, avec comme champ applicatif l'apprentissage adaptatif. Bien que la collecte de LA lors d'interactions en ligne soit plutôt simple, la collecte automatique de LA lors de la manipulation d'objets tangibles est plus difficile, en particulier dans un contexte où du matériel à faible coût et tenant compte de contraintes écologiques est requis.L'idée clé ici, contrairement aux systèmes habituels de «boîte noire» fonctionnant (plus ou moins) automatiquement, est de changer le paradigme d'apprentissage et d'impliquer l'apprenant dans la collecte de données, rendant le processus transparent et lui permettant également d'apprendre comment apprendre. Ceci est particulièrement pertinent ici puisque nous utilisons des outils informatiques pour … nous initier à l'informatique et à la CT. Cela signifie que nous devons repenser le scénario de l'activité, y compris sa didactique, et revisiter la pédagogie sous-jacente, qui s'avère être un défi intéressant et innovant

Apprentissage par renforcement sur des connaissances symboliques structurées : modéliser la résolution créative de problèmes

National audienceLa créativité, la résolution de problèmes et la pensée informatique sont des compétences majeures du 21e siècle à inclure dans les programmes éducatifs du primaire et secondaire. Afin de mieux appréhender et enseigner ces compétences, nous proposons d’étudier les mécanismes cognitifs à l'œuvre dans la résolution d’une tâche spécifique appelée CréaCube, dans laquelle l’apprenant·e est invité·e à construire un véhicule à l’aide de cubes robotiques modulaires. Nous nous appuyons d’une part sur les données collectées pendant la tâche à l’aide d’analyses de vidéos, et d’autre part sur les modèles issus des neurosciences computationnelles et de l’intelligence artificielle, le but étant d’expliquer les comportements observés et d’inférer les représentations internes de l’apprenant·e en lien avec ses connaissances préalables et la découverte des affordances. Ceci implique de spécifier la représentation des connaissances au niveau symbolique et sub-symbolique et de prendre en compte la régulation des processus divergents et convergents au cours de la tâche. Cette étude est encore exploratoire, mais nous avons déjà introduit quelques idées au niveau de la modélisation : en particulier, nous proposons d’appliquer un paradigme d’apprentissage par renforcement sur des données symboliques, permettant de traiter les connaissances à la fois explicitement et implicitement, tout en introduisant une récompense liée à la motivation intrinsèque

The role of cognitive processes in creative problem solving: a computational approach

International audienceCreativity, a phenomenon whereby something new and valuable is formed by a subject in a given context, plays a critical role in specific phases of learning activities. Here, we aim at analyzing creativity in the precise context of ill-defined problem-solving tasks, as it can be experienced during learning activities. This study aims to contribute to a better understanding of creativity within ill-defined creative problem-solving (CPS) tasks, including complex problem solving, through a multi-disciplinary approach using computational and neuro-cognitive formalisms. This approach allows us to propose a multi-factor theoretical description of such cognitive human activities. Based on this, we aim to operationalize a computational framework of creative processes during CPS learning tasks. We focus on an ill-defined CPS task performed by a unique learner, while even in this case sociocultural perspectives have to be considered to model prior knowledge and situational awareness aspects.

Proceedings of the ANR ​#CreaMaker​ workshop: co-creativity, robotics and maker education.

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