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    Méthodes et modèles de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine

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    L'importance accordée aux interactions homme-machine en général est actuellement énorme. L'orientation prise par les chercheurs et les industriels pour couvrir ce domaine est désormais résolument pluridisciplinaire. Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches en informatique se situe dans cette mouvance en étant consacré à l'étude de méthodes de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine (IHM) dans les systèmes complexes. Ce domaine de recherche se positionne au carrefour de l'ingénierie des IHM, du génie logiciel et de l'intelligence artificielle, tout en prenant en compte des concepts et modèles issus des sciences cognitives. Les aspects méthodologiques du développement d'interfaces homme-machine servent de canevas théorique tout au long du mémoire qui est organisé en trois chapitres. Le premier est consacré à un état de l'art sur le domaine de recherche. Après une étude critique des différents cycles de développement du génie logiciel, il recense autour d'un cadre théorique et méthodologique un ensemble de méthodes, modèles, techniques et outils contribuant au développement d'applications interactives dans les systèmes complexes. Le second chapitre est bâti autour d'un ensemble de contributions à l'ingénierie de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine. Ces contributions résultent d'un travail d'équipe depuis mon arrivée au laboratoire en septembre 1985. Après une présentation des systèmes réalisés dans le cadre de cette recherche, ce chapitre présente plusieurs méthodes de conception ou d'évaluation mises en place autour de ceux-ci. Enfin, le troisième chapitre tire les leçons des aspects méthodologiques étudiés dans les deux premiers en proposant un modèle, appelé ∇, de développement d'applications interactives. Au cours de ces prochaines années, l'approfondissement de ce modèle devrait servir de cadre de pensée pour nos recherches. Pour l'ensemble des axes de recherche envisagés, un travail considérable reste à accomplir, au vu de la place de plus en plus importante que tient l'ingénierie des interfaces homme-machine dans de nombreux domaines

    Introduction : formes de l'iconicité

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    International audienceL'emploi du terme "eikon" pour désigner une forme linguistique fonctionnant comme une image est aussi ancien que la tradition linguistico-grammaticale de l'Occident. Il figure en effet pour la première fois dans le Cratyle de Platon (439a), point de départ de cette tradition. Pour Platon, qui ne distingue pas encore entre signifiant et signifié, il est raisonnable d'affirmer que le nom, dans son ensemble, et jusqu'à ses éléments phonologiques, opère comme une image de la chose signifiée, ce qui constitue du reste une bonne raison pour s'en méfier et préférer la connaissance directe des choses à celle de leurs représentations. La reprise du terme "icon" dans la pensée contemporaine remonte à Charles Sanders Peirce, qui s'en sert dans le cadre d'une théorie générale des signes, et qui est responsable de l'élaboration moderne du concept, à travers ses deux célèbres classements triadiques (1885 : 243 et 1903 : 273). D'une part, l'icône constitue l'un des trois types ou aspects fondamentaux du signe, celui qui lui permet de signifier par similarité (par exemple, le dessin d'un chat), les deux autres étant l'indice, qui opère par contiguïté (la fumée indiquant le feu), et le symbole, fonctionnant par institution (le nom x attribué à une variable mathématique). D'autre part l'icône, comprise au sens d'une hypo-icône, comporte à son tour trois types ou aspects fondamentaux : l'image, qui opère par ressemblance directe avec la chose signifiée (la maquette d'une ville), le diagramme, où un rapport entre des signes opère par ressemblance avec un rapport entre des choses (des cercles aux différents diamètres indiquant des villes aux populations proportionnellement différentes), et la métaphore, signe qui signifie une chose en en signifiant une autre qui lui ressemble par certains aspects (nommer ou dessiner un lion pour signifier le courage). Cette organisation sémiotique du concept a été ensuite transposée dans le domaine linguistique par Roman Jakobson (1965). Focalisant principalement son attention sur la notion de diagramme, Jakobson a fourni le premier une exemplification des emplois possibles de ce concept aux différents niveaux de l'analyse linguistique. Le présent article vise à perfectionner et systématiser son approche, en esquissant un cadre théorique cohérent et une typologie exhaustive des faits d'iconicité linguistique possibles

    Un modèle de développement de logiciels-outils de support à l'enseignement

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    En tant qu'enseignant dans le programme des Techniques du génie électrique (T.G.E, anciennement Électrotechnique) nous avons pu constater qu'en moins de 10 ans, le micro-ordinateur est devenu une réalité qui concerne pratiquement tous les cours des trois années de formation, alors qu'ils n'étaient utilisés dans aucun cours avant. Cet exemple est typique de la révolution informatique que nous vivons actuellement et qui pénètre tous les secteurs d'activités de notre société. Dans ce contexte de changements importants, les enseignants ont malgré eux un rôle de pionniers car ils n'ont que peu de ressources à leur disposition pour maîtriser cette technologie et l'intégrer dans leur enseignement. Ce virage informatique, s'il est à peine commencé dans l'enseignement général, pose de nombreux problèmes aux enseignants du secteur professionnel qui doivent trouver la place et déterminer le rôle que doit jouer cette nouvelle technologie dans l'enseignement. La majorité des recherches sur les didacticiels ont pour objet les logiciels qui cherchent à assurer des tâches d'enseignement, tels que les tests, exerciseurs ou tutoriels, et auxquels s'ajoutent maintenant les applications multimédia. Une étude menée dans les collèges (Mataigne, 1992) montre cependant que ce sont d'abord les logiciels de bureautique et ensuite les logiciels de programmation et de simulation-modélisation, qui sont de loin les plus utilisés dans l'enseignement. S'il n'existe pratiquement pas de logiciels de bureautique ou de programmation conçus pour l'enseignement, les logiciels de simulation et de modélisation constituent plus des deux tiers des développements de didacticiels de ces dix dernières années pour le réseau collégial. Ces logiciels, dont la forme et le contenu se rapprochent plus de logiciels conçus pour les entreprises que de logiciels pédagogiques traditionnels, appartiennent à une catégorie où il se fait très peu de recherche didactique et où il n'existe pas de modèle de développement spécifique. Par ailleurs, nous avons constaté que la grande majorité des auteurs de didacticiels sont des enseignants qui réalisent parfois leur logiciel eux-mêmes. La conception d'un didacticiel étant une tâche particulièrement complexe, il nous a semblé utile d'analyser les différences entre les didacticiels traditionnels et les logiciels de simulation-modélisation afin de dégager la problématique du développement de ces derniers. Après avoir analysé les différents modèles de développement proposés par la recherche ou par le génie informatique, nous nous proposons, dans cette recherche, de dégager et de justifier une méthodologie de développement spécifique aux logiciels de simulation-modélisation fondée sur des éléments empruntés aux modèles du génie logiciel et de la didactique, sur notre expérience de développement et sur celle d'experts dans le domaine

    Approches didactique et cognitive d'un instrument technologique dans l'enseignement. Le cas du calcul formel en lycée.

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    This document is based largely on work conducted jointly by the DIDIREM laboratory and the Commission Inter-Irem Mathématiques et Informatique with support from the Ministry. It presents a synthesis of research about the introduction of computer algebra systems (CAS) in school Mathematics, a very pressing and timely issue. It is part of the research of conditions for the viability of technological tools in education. The first issue addressed is that of the technical / conceptual relationship: I show that the potential of CAS is not in the reduction of the technical dimension of the mathematical work that would be thought of as independent of or competing with a conceptual dimension, but in the availability of new techniques, interacting with the usual techniques and potentially supporting an approach to concepts. After that, I study the impact of CAS by considering new objects it introduces into teaching and learning situations, recognizing the sensitivity of mathematical activity to ostensives highlighted by a recent trend in mathematics education research. The complexity of the relationships between these objects and other objects of the mathematical work raises the question of their appropriation by students. I show how, to address this issue, recent studies have developed a cognitive approach to computer algebra instruments and how this approach reflects the variety of computer algebra uses by students, as well as the essential role that the teacher has to play for a successful integration.A statistical annex shows how implicative analysis has been used to determine, in an inferential perspective, students’ positioning with regard to symbolic calculation, showing how complex are the changes introduced by CAS.Cette habilitation est basée en grande partie sur des travaux menés en commun par le laboratoire DIDIREM et la commission Inter-Irem Mathématiques et Informatique avec le soutien du Ministère. Elle présente une synthèse des recherches sur l'introduction du calcul formel dans l'enseignement scolaire des mathématiques, question dont l'actualité est très forte. Elle s'inscrit dans la recherche des conditions de viabilité d'un moyen technologique dans l'enseignement. La première question abordée est celle des rapports technique/conceptuel : je montre que les potentialités du calcul formel ne sont pas dans la diminution d'une dimension technique du travail mathématique, qui serait pensée comme indépendante ou concurrente d'une dimension conceptuelle, mais dans la disponibilité de nouvelles techniques, interagissant avec les techniques habituelles et susceptibles de servir de point d'appui pour aborder les concepts. J'étudie ensuite l'impact du calcul formel en m'intéressant aux objets nouveaux qu'il introduit dans les situations d'enseignement et d'apprentissage, retrouvant en cela la sensibilité de l'activité mathématique aux ostensifs, que souligne un courant récent de la didactique des mathématiques. La complexité des rapports entre ces objets et les autres objets du travail mathématique pose la question de la façon dont les élèves peuvent se les approprier. Je montre comment, pour aborder cette question, des travaux récents ont développé une approche cognitive des instruments de calcul formel et comment cette approche rend compte de la diversité des utilisations du calcul formel par les élèves, ainsi que du rôle essentiel que l'enseignant a à jouer pour une intégration réussie. Une annexe statistique présente la façon dont l'analyse implicative a pu être utilisée pour déterminer, dans une perspective inférentielle, des positionnements d'élèves utilisateurs du calcul formel, révélateurs de la complexité des modifications introduites par le calcul formel

    Recherche d'information dans les documents numériques (vers une variation des modalités d'exécution prcédurale)

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    L'activité de recherche d'information sur le web est devenue courante dans notre vie journalière. Malgré cela, elle pose encore de nombreux problèmes chez l utilisateur qui ne trouve pas l'information qu il recherche ou qui se perd devant la quantité d'informations disponible. Cette étude vise à expérimenter un nouveau dispositif de prévisualisation, breveté permettant à des utilisateurs de naviguer et de consulter des pages en profondeur. La tâche consiste à trouver un appartement cible possédant un ou plusieurs critères spécifiques dans un site web d agence immobilière spécialement conçu. Plusieurs conditions ont été testées. L une habituelle présentant les caractéristiques classiques de recherche, page par page; l autre transparente qui permet de pré-visualiser les pages choisies et de ne sélectionner que les pages pertinentes. Nous nous intéressons à la mise en oeuvre des processus cognitifs ou s ajoute l importance du maintien du but de la recherche en mémoire de travail et aussi à la notion de charge cognitive investie dans une telle activité. Nous utilisons entre autres la technique des mouvements oculaires qui permet de déterminer comment un utilisateur traite et recherche des informations dans un document numérique. Par ailleurs, nous comparons les performances de ce dispositif avec une tablette tactile. Les résultats obtenus révèlent des effets significatifs de ce dispositif de prévisualisation.The research activity of information on the internet has become common in our daily life. Despite this fact, it still raises many problems for the user who does not find the information they want or is lost to the amount of information available. This study aims at testing a new patented preview device, enabling users to browse and view pages in depth. The task is to find a target apartment with one or more specific criteria in a real estate agency designed website. Several conditions were tested. The usual condition with the classic search features, page by page, the other "transparent" condition which enables you to preview selected pages and select only relevant pages. We are interested in the implementation of cognitive processes to which is added the importance of maintaining the goal of research in working memory, and also in the concept of cognitive load invested in such activity. We use the technique of eye movements among others which determines how a user addresses and searches for information in a digital document. We also compare the performance of this device to a touch pad. The results show significant effects of such previewing device.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

    Questions posées par la conception et la réalisation d'un environnement d'aide à la résolution de problèmes en chimie

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    La conception d'un logiciel éducatif suppose la mise en oeuvre de connaissances relevant de plusieurs domaines: l'informatique, et plus particulièrement la représentation des connaissances et les interfaces homme-machine, la didactique, la psychologie cognitive, les sciences de l'éducation, pour ne citer que les principaux. À l'occasion d'un projet portant sur la résolution de problèmes de chimie, la conception et la réalisation d'un environnement d'apprentissage interactif ont remis en avant quelques questions, connues pour la plupart, mais vues sous un angle différent. Dans ce texte, nous présentons certaines de ces questions, à la frontière entre la didactique et l'ergonomie cognitive, ainsi que quelques-unes des réponses possibles: quel espace de connaissances pour le problème de chimie? Quelle est la nature de la complexité de ce problème pour les élèves? Quel langage permet de représenter le système physico-chimique associé à une réaction? Comment représenter l'aspect temporel et dynamique de la réaction?

    Représentation des connaissances scientifiques en vue de leur transfert vers l'industrie (Application à la valorisation des produits à base de bois en fin de vie)

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    La thèse s intéresse au transfert de connaissances scientifiques en valorisation des produits à base de bois en fin de vie vers les acteurs de la filière bois. La question de recherche est : Comment transférer les connaissances scientifiques (recueil et représentation des connaissances) sur la valorisation des produits à base de bois en fin de vie pour qu'elles puissent être assimilées et utilisées par les acteurs de la filière bois ? Le recueil des connaissances a combiné des séances d'interview de spécialistes avec l acquisition des connaissances à partir d articles scientifiques. Les connaissances recueillies ont été reformulées afin de faciliter leur transfert vers les acteurs de la filière bois : les concepts pertinents, relations d'influence entre les concepts et résultats scientifiques ont été respectivement représentés via des cartes conceptuelles, graphes d'influence, et fiches de connaissances. Un modèle canonique de cartes conceptuelles a été proposé afin de permettre une représentation homogène des concepts. La transmission, l assimilation et l'utilisation potentielle des connaissances à transférer ont été traitées comme suit : La transmission a été proposée via un livre électronique (hypermédia) de connaissances, L assimilation a été prise en compte via la reformulation des connaissances et une représentation graphique des connaissances suivant une carte conceptuelle canonique et un format prédéfini de fiches. L utilisation potentielle des connaissances transférées a été renforcée par la représentation des leviers d'action sur les concepts du domaine sous forme de graphes d'influence. Les performances de transfert à partir du livre ont été évaluées en fonction du degré de compréhension du contenu du livre, la charge cognitive de l utilisateur au cours de l utilisation du livre de connaissances et sa désorientation. L expérience a montré que la forme canonique développée est intuitive ; et, tout comme la navigation dans le livre, n'occasionne pas de désorientation ou surcharge cognitive de l'utilisateur. Les résultats obtenus montrent, au sein de la filière bois, tout l intérêt de la représentation proposée pour le transfert de connaissances scientifiques vers des professionnels.This thesis focuses on the transfer of scientific knowledge on recovered wood to practitioners of the wood sector. The research question is: how to transfer the scientific knowledge (collect and representation of knowledge and the transmission medium) on the recovered wood so that they may assimilate and used by non-scientific personnel of the wood sector ? Knowledge was first collected through interviews with specialists in the re-use of recovered wood and combined with acquisition of knowledge from scientific publications. The collected knowledge was then reformulated to facilitate its transfer to practitioners in the wood sector. The relevant concepts, the influences between concepts and relevant scientific results werere spectively represented via concept maps, influence graphs, and knowledge sheets. A canonical model of concept maps is proposed to enable a homogeneous representation of concepts. Transmission, assimilation and potential utilization of knowledge transfer were treated as follows : The transmission is proposed via an electronic (hypermedia) knowledge-book, the assimilation (absorption) has been taken into account through the reformulation of knowledge and a graphical representation of knowledge following a canonical concept map and sheets with a predefined format and The potential use of the transferred knowledge is facilitated by the representation of the action levers on the domain concepts in the form of influence graphs. The efficiency of knowledge transfer via the knowledge book has been evaluated according to the degree of understanding of the book content, the cognitive load of the user during use of the knowledge-book and the disorientation it caused. The experience has shown that the developed canonical form is intuitive and, like navigation in the book, does not cause disorientation or cognitive over load to the user. This promotes the assimilation and the use of the knowledge-book content. The obtained results indicate that the representation of relevant knowledge in a knowledge-book should facilitate for the transfer of scientific knowledge to professionals in the wood sector.NANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF

    Étude et réalisation d'un système d'aide à la modélisation des tâches

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    Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

    Étude du recours informatique dans l'enseignement des mathématiques au collège

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    With more than a third of practicing teachers in the Academy of Toulouse, surveys found the computer use is now, an irreversible historical phenomenon in the teaching of mathematics at the college due to : 1st, the generalization of equipment (video projectors in the classroom); the commitment of teachers has offset the institution failures; 2nd, the incentives and institutional obligations of new programs and inspections; 3rd, the availability of free software who have deputized budgetary deficiencies; the abundance of broadcast activities online by academic sites, the IREM and the association Sésamath; 4th, the prominent role of continuing education who has mobilized 40% of teachers in twelve years; 5th, the engagement of a virtuous circle of recognition of the value of the computer use.The pragmatic and theoretical study revealed that activities computer teaching-learning (ACTL) carried out (learnial, imagicial, exerciser, tutorial, practical), using the specific contributions of computing (implementation, testing intensified, individualization, interaction, motivation), brought new instrumented situations of internal transposition offering fertile conceptual fields which, under the effect of operative schemes, are able to improve the teaching-learning of concepts and mathematical methods. A result that depends on the quality of its components praxiological (integration, relevance, performance, superiority, scenario, staging, duration) and respect of practical rules that jointly determine the training values of ACTL (intrinsic, efficient, to use, professional and institutional) able to give better performance and higher productivity in the teaching of mathematics.Avec plus d'un tiers de professeurs pratiquants dans l'académie de Toulouse, les enquêtes ont constaté que, désormais, le recours informatique est un phénomène historique irréversible dans l'enseignement des mathématiques au collège dû : premièrement, à la généralisation des équipements (vidéoprojecteurs en classe) ; à l'engagement des professeurs qui a compensé les défaillances de l'institution dans leurs administrations ; deuxièmement, aux incitations et obligations institutionnelles des nouveaux programmes et des inspections ; troisièmement, à la disponibilité des logiciels gratuits qui ont suppléé les carences budgétaires ; à l'abondance des activités diffusées en ligne par les sites académiques, les IREM et l'association Sésamath ; quatrièmement, au rôle éminent de la formation continue volontaire qui a mobilisé 40 % des professeurs en douze ans ; cinquièmement, à l'enclenchement d'un cercle vertueux de reconnaissance de la valeur du recours informatique. L'étude pragmatique et théorique a révélé que les diverses activités informatiques d'enseignement-apprentissage (AIEA) pratiquées (apprenticiel, imagiciel, exerciseur, didacticiel, praticiel), en utilisant les apports spécifiques de l'informatique (concrétisation, expérimentation intensifiée, individualisation, interaction, motivation), ont apporté des situations instrumentées nouvelles de transposition interne offrant des champs conceptuels féconds qui sous l'effet de schèmes opératoires sont capables d'améliorer l'enseignement-apprentissage des notions et méthodes mathématiques. Un résultat qui dépend de la qualité de ses composantes praxéologiques (intégration, pertinence, performance, supériorité, scénario, mise en scène, durée) et du respect de règles pratiques qui déterminent conjointement les valeurs éducologiques de l'AIEA (propre, efficace et d'usage, professionnelle et institutionnelle) susceptibles de donner un meilleur rendement et une plus grande productivité à l'enseignement des mathématiques
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