Modélisation de l'apprenant : application d'un modèle cognitif au développement d'un système d'apprentissage

Bien que le diagnostic des erreurs des apprenants soit central à toute stratégie d'intervention correctrice relevant au mode d'évaluation dans un système d'apprentissage, trop souvent, la prise d'information qui l'accompagne est incomplète ou incertaine. Ajoutons aussi le problème de la modélisation dans un contexte d'apprentissage où on ne peut observer directement ce qui se passe dans la tête d'un apprenant, ni de savoir avec certitude son plan de raisonnement, ni le but qu'il cherche à accomplir. Il s'ensuit une réduction de l'efficacité des interventions pédagogiques qui limite les apprentissages scolaires. Cette thèse apporte des solutions à cette problématique. Elle consiste en la conception et le développement d'un Système Tutoriel Intelligent pour le Diagnostic des Erreurs en Soustraction (TIDES). Elle s'inscrit dans une perspective d'évaluation diagnostique des compétences et connaissances arithmétiques en utilisant une approche originale qui vise à modéliser l'apprenant dans une situation d'apprentissage où les informations sur cet apprenant sont potentiellement incomplètes ou incertaines. Dans cette thèse, nous présentons la conception, le développement et une mise à l'essai du système TIDES. Le design de ce système est basé sur un modèle cognitif, la théorie d'apprentissage ACT-R d'Anderson, capable d'analyser le comportement d'un apprenant et de savoir son état cognitif. Le choix de ce design est discuté et justifié aussi. L'architecture du système TIDES comporte au moins trois modules: un module qui permet de spécifier des tâches à l'apprenant, un module d'analyse qui permet d'analyser les actions de l'apprenant et un module de diagnostic qui permet d'inférer les informations sur l'apprenant, d'évaluer ses compétences impliquées dans une tâche d'apprentissage, de détecter sa stratégie mise en œuvre, en s'appuyant sur une méthode de reconnaissance de plan, de prédire sa prochaine action la plus probable et de savoir avec exactitude les causes réelles de ses erreurs. Les caractéristiques du système TIDES sont décrites en détail dans la thèse. La méthodologie d'une mise à l'essai du système avec une vingtaine d'élèves est présentée et les données recueillies dans cette mise à l'essai sont regroupées et analysées. L'ensemble des résultats obtenus indique que le système TIDES offre le potentiel d'analyser et de diagnostiquer les erreurs des apprenants de façon plus précise, et donne effectivement lieu à un apprentissage conforme à celui qui était prévu en se basant sur la méthode originale adoptée. Enfin, nous proposerons des améliorations possibles (extension du système TIDES à l'aide des réseaux bayésiens) que nous présenterons comme explorées mais non encore complètement intégrées dans l'état actuel du système TIDES et aussi non évaluées. Il s'agit en fait de déterminer à quelles conditions le modèle bayésien peut être intégré à un système d'apprentissage, en tant que système tutoriel intelligent et dont le domaine d'apprentissage est l'arithmétique. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Intelligence artificielle, environnement interactif pour l'apprentissage humain, système tutoriel intelligent, théories d'apprentissage, Modèle d'Anderson ACT-R, modélisation d'un apprenant, analyse des erreurs, diagnostic des erreurs, modélisation statistique et réseaux bayésiens

Élaboration d'un système-conseiller en technologie éducative pour guider les designers pédagogiques dans l'élaboration de systèmes d'apprentissage multimédias interactifs fondés sur des principes cognitivistes et constructivistes de l'apprentissage

Les changements paradigmatiques en éducation de même que les nouvelles technologies de l'information et des communications ont révélé des discordances importantes en design pédagogique, domaine appliqué des sciences de l'éducation. De nombreuses lacunes sont constatées dans la facture et la nature des systèmes d'apprentissage multimédias interactifs (SAMI), qu'ils soient en ligne, en situation présentielle ou hybride, produits selon l'approche empirique et objective. Il semble qu'on arrime mal les nouvelles possibilités techniques et multimédiatiques autour de fondements théoriques en éducation. Les modèles de design de SAMI traditionnels, fondés sur une approche béhavioriste, ne permettent pas d'élaborer des SAMI dans lesquels l'apprenant construit ses connaissances et sa propre compréhension du monde en les négociant socialement, comme le suppose l'approche constructiviste de l'apprentissage. Aussi, le design pédagogique doit se préoccuper de la conception des interfaces de SAMI par l'application des principes de l'ergonomie cognitive en concordance avec les capacités perceptuelles des apprenants. Dans la littérature scientifique, on constate des difficultés d'application des principes cognitivistes et constructivistes de l'apprentissage, essentiellement de la part de leurs designers.\ud Afin de guider les designers dans l'exercice de leur fonction, cette étude vise l'élaboration d'un système-conseiller par un projet de recherche de développement en technologie éducative. Dans ce type de recherche, le processus de recherche de développement et le produit en résultant sont tous deux générateurs de connaissances. Les connaissances sont produites par l'observation active des participants et par la consignation et l'analyse des données du développement de SAMI. Les objectifs de cette recherche visent à élaborer un système-conseiller en technologie éducative pour guider les designers dans l'élaboration de SAMI de même qu'un modèle de la démarche d'élaboration d'un tel système dans un but de transférabilité. Il en a résulté une proposition de démarche de développement d'un système conseiller en technologie éducative, transférable et adaptable pour quiconque voudrait s'élancer dans un tel projet, de manière collaborative et systémique. Pour répondre aux besoins de la pratique pendant toute cette démarche, des modèles de design pédagogique et un modèle de prototypage ont été testés et imbriqués, plusieurs principes ont été validés et un concept a émergé, le concept info-pédagogique du design d'interface. Plusieurs méthodes ont été élaborées pour accélérer et baliser des tâches de design pédagogique. Le produit final de cette recherche est un prototype de système-conseiller en technologie éducative fondé sur des principes cognitivistes et constructivistes de l'apprentissage permettant de réaliser une démarche de design d'un SAMI ou de bénéficier de conseils pendant sa réalisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Système-conseiller, Cognitivisme, Constructivisme, Technologie éducative, Design pédagogique, Ergonomie cognitive

Balises pour l’intervention avec les technologies auprès des élèves qui ont des incapacités intellectuelles

Considérées comme des moyens incontournables de participation à la société, les technologies de l’information et de la communication (TIC) constituent une piste de solution prometteuse pour l’enseignement et l’apprentissage auprès des élèves qui ont des incapacités intellectuelles. Toutefois, plusieurs auteurs dénoncent la faible utilisation des TIC en éducation de ces élèves. Pire encore, les recherches sur le sujet génèrent des résultats intéressants, mais d’une contribution limitée pour l’avancement des connaissances dans le domaine. Guidées par l’intuition et par un enthousiasme empirique évident, ces recherches s’appuient rarement sur des cadres de référence. Certes la documentation scientifique foisonne de champs de savoirs qui peuvent contribuer à ce domaine, mais ces contributions sont parcellaires et peu adaptées aux spécificités de ce dernier. L’intervention avec les TIC auprès des élèves qui ont des incapacités intellectuelles demeure donc un champ conceptuel mal défini qui n'est légitimé par aucun cadre de référence en particulier. Cette recherche doctorale se situe en phase de préconception d’un modèle de l’intervention avec les TIC auprès des élèves qui ont des incapacités intellectuelles. Elle vise à mettre en place des balises solides pouvant servir de cadre à l’élaboration d’un modèle de cette intervention. Dans cette phase de préconception, nous poursuivons deux objectifs, à savoir : 1) la mise au point d’un référentiel qui constitue un cadre intégrateur des connaissances existantes en la matière, qui servira avant tout à structurer et à organiser les informations disponibles à l’intérieur d’une synthèse validée par des experts et des intervenants oeuvrant auprès de ce type d’élèves et 2) l’élaboration d’un cahier des charges fonctionnel qui s’appuie sur le référentiel développé et qui précise les fonctions qu’un modèle idéal de l’intervention avec les TIC auprès des élèves qui ont des incapacités intellectuelles devrait remplir pour répondre pleinement aux besoins de ses différents utilisateurs. Ces balises (le référentiel et le cahier des charges fonctionnel) sont destinées, principalement, à des chercheurs, des concepteurs de technologies, des formateurs d’enseignants, etc. Les élèves, les enseignants et autres agents de l'éducation pourront en bénéficier indirectement à travers les applications dérivées de ces balises (programmes de formation, technologies, recherches, scénarios pédagogiques, etc.).Regarded as essential means of participation in society, information and communication technologies (ICT) are a promising track for teaching and learning of students with intellectual disabilities. However, several authors denounce the low use of ICT in education of these students. Worse yet, research on the subject generate interesting results, but a limited support to contribute to the advancement of knowledge in the field. Guided by intuition and empirical enthusiasm, theses researches often rely on reference frames. While the literature abounds with fields of knowledge that can contribute to this area, these proposals are fragmented and poorly adapted to the specifics of the latter. The educational intervention with ICT with students with intellectual disabilities remains an ill-defined conceptual field that is not legitimized by any particular reference frame. This doctoral research precedes the conception of an educational intervention model using ICT with students who have intellectual disabilities. It aims to establish strong tags that can serve as a framework for developing this model. In this phase of preconception, we pursue two objectives: 1) developing a repository consisting in a framework for integrating existing knowledge on the subject that will serve primarily to structure and organize the information available within the a synthesis validated by experts and practitioners; 2) developing a tender specification of the functions that a perfect model of this intervention should meet to fully satisfy the needs of different users. These tags (the repository and the tender specification) are intended, mainly, to researchers, technology developers, teacher educator, etc. Students, teachers and other educational agents will benefit indirectly from these tags through their applications by the first users of (training programs, technologies, studies, lesson plans, etc.)

La place des technologies éducatives dans les équipes compétitives de soccer amateur au Québec : Design pédagogique d'un outil technologique de planification des entrainements

La synthèse des écrits scientifiques réalisée dans le cadre de cette étude révèle que l’exploitation des technologies éducatives et des bases pédagogiques est prometteuse pour l’entrainement en sport (Browne et Lyle, 2018; Carlier, 2019; Cengiz, 2015; Hutchison et Woodwaed, 2018; Kos, Wei, Tomažič et Umek, 2018; Kuklick, et Harvey, 2018; Liebermann, Katz, Hughes, Bartlett, McClements et Franks, 2002; Liebermann, Katz et Sorrentino, 2005; Marion et Thibault, 2002; Rumo et Melly, 2019). Pourtant, très peu d’entraineurs les utilisent efficacement et plusieurs n’en utilisent pas du tout (Liebermann, Katz, et Sorrentino, 2005). Lorsqu’on analyse le contexte d’entrainement dans lequel les athlètes sont placés lors de l’utilisation de ces technologies, on remarque que l’intérêt est principalement dirigé vers l’accroissement de la performance sans considérer l’importance des interventions éducatives (Gray, 2017; Novatchkov et Baca, 2013; Song, Xu, Fong, Chin, Chua et Huang, 2012; Tóth et Lógó, 2018). Ces constats soulignent le manque de considération à l’endroit des principes de design pédagogiques ainsi que de l’exploitation des technologies à des fins pédagogiques. L’objectif général de la présente étude est donc de concevoir un outil technologique de planification des entrainements qui vise à faciliter l’exploitation efficace des bases de design pédagogique et des technologies éducatives au service de la pédagogie dans un contexte d’entrainement pour les entraineurs et les athlètes d’équipes compétitives de soccer amateur du Québec. Le but ultime du projet d’étude est alors de favoriser l’autonomie et la collaboration des entraineur et athlètes dans la pratique d’une planification complète et pertinente. Pour répondre à cet objectif, deux objectifs spécifiques sont réalisés en parallèle. À cet effet, les bases de conception d’un outil technologique de planification des entrainements sont développées et une analyse de la situation des équipes compétitive de soccer amateur du Québec est réalisée à partir de deux questionnaires en ligne afin d’identifier les besoins précis concernant la clientèle visée. Les résultats de l’étude indiquent que la clientèle cible utilise peu les technologies éducatives bien que la majorité les connaisse, qu’ils se sent compétents à les utiliser et qu’ils sont très intéressées à les utiliser à long terme. Toutefois, certains obstacles identifiés semblent nuire à leur exploitation. Puis, certaines bases pédagogiques sont plus utilisées que d’autres par les entraineurs. Cependant, les théories du sport que sont la théorie intégrée des motivations en sport, la zone de délicieuse incertitude et l’Academic Learning Time - Physical Education (ALT-PE), présentées dans ce mémoire, pourraient être plus exploitées. Les bases de conception d’un outil technologique de planification des entrainements ont été conçues, répartis sur trois itérations, à partir d’un cadre de planification et d’un arbre décisionnel. Des maquettes et un exemple de scénario pédagogique ont également été créés afin de supporter la conception de l’outil technologique de planification. Par l’entremise de cet outil technologique, il est attendu que ce dernier guide la planification des entrainements tout en favorisant l’intégration des bases pédagogiques et l’utilisation de technologies éducatives afin que les entraineurs et les athlètes puissent éventuellement les intégrer de façon autonome et efficace dans leur programme d’entrainement par l’entremise d’une planification adaptée et complète. De futures études devraient être menées pour tester l’outil technologique de planification auprès d’un échantillon représentatif des usagers afin de raffiner sa conception, pour obtenir l’opinion plus élaborée de la clientèle cible et pour éventuellement développer l’interface

Un diagnostic pour enseigner les sciences à l'université

Dans cette étude, nous présentons un questionnaire diagnostic auquel ont participé 192 étudiants de première année universitaire, inscrits dans des filières scientifiques différentes : sciences physiques, sciences géographiques, sciences géologiques, sciences biologiques et médecine vétérinaire. Ce questionnaire, présenté aux étudiants en février 2021, est composé de quatre tests : le premier permet de mesurer le niveau d’abstraction des étudiants ; le second sonde la pensée formelle ; le troisième récolte des conceptions premières en sciences physiques et le quatrième s’intéresse à la psychologie cognitive. Les résultats sont analysés et présentés selon la filière, le genre et l’ancienneté académique (primo-arrivant ou redoublant) des étudiants. En s’appuyant sur les recherches menées par Piaget, une cartographie du niveau cognitif atteint par les étudiants est également établie. Nous constatons la récurrence de certaines difficultés

Evaluation du processus d’implantation d’un dispositif global de promotion de la santé en milieu scolaire, liens avec le climat scolaire et la réussite scolaire

ABMA (increased well-being for better learning) is a health promoting school program based on international literature on the concept of health promoting schools. The planning and implementation of the health promotion program ABMA was constructed in the Lyon school board in 19 pilot schools. The program goal is to guide a school to become a health promoting school. The project is within the framework of interventional research. Our study consisted of identifying the enabling and inhibiting factors in the implementation of a health promotion program in the French education system. Evaluation methods are mixed: quantitative, but primarily qualitative. Independent variables correspond to individual characteristics of the school, to academic performance and to school climate. The dependent variables correspond to the level and quality of implementation of the program as well as the support process in the school. The results highlight the importance of the support process and show that the implication of the school board is essential for the long-term success. For schools, the main facilitating factors for global health promotion development are the involvement of the principal, regular communication to the entire educational community, a good initial evaluation of current conditions and individualized supportABMA (aller bien pour mieux apprendre) est un dispositif de promotion de la santé en milieu scolaire élaboré à partir des données de la littérature internationale. Il a été expérimenté dans 19 établissements volontaires de l'académie de Lyon. Le dispositif a pour objectif de rendre l'établissement promoteur de santé. Les établissements bénéficient d'un accompagnement par un référent académique, de formations et de conseils méthodologiques. C'est un dispositif expérimental innovant élaboré dans le cadre du fonctionnement académique. Il s'appuie sur une démarche de projet construite avec les équipes d'établissement. Le dispositif de recherche est celui d'une recherche-intervention et repose sur une co-construction avec les établissements et les personnels académiques afin d'obtenir des données probantes sur l'approche globale de la santé en milieu scolaire. L'évaluation de processus a été mise en place dès le début de l'expérimentation. La question de recherche porte sur l'analyse des freins et des leviers pour intégrer ce type de dispositif au système éducatif français. La méthode d'évaluation est mixte, qualitative et quantitative et fait appel à des entretiens semi-directifs, à une analyse documentaire et des données quantitatives. Les variables indépendantes renvoient aux caractéristiques de l'établissement, aux résultats scolaires et au climat scolaire. Les variables dépendantes renvoient au niveau et à la qualité d'implantation du dispositif dans l'établissement. Les résultats confirment l'importance d'un accompagnement méthodologique des établissements et montrent que l'implantation du dispositif au niveau académique est essentielle dans ce type de démarche, d'abord centré sur les établissement