THÈSES 2007 : RÉSUMÉS
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Naïma EL-KECHAÏ

Suivi et assistance de l'apprenant dans les environnements virtuels pour la formation

Thèse en Informatique de l'Université du Maine,
soutenue le 18 décembre 2007 au Mans

Mots-Clés: Assistance du formateur, Apprentissage de procédures professionnelles, Modélisation de tâches,
Détection des erreurs de l'apprenant, Reconnaissance de plans, Environnements virtuels pour la formation.

Nos travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches menées sur les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Nous nous intéressons plus spécifiquement, aux environnements fondés sur les techniques de Réalité Virtuelle (RV), dédiés à la formation professionnelle. Les activités d'apprentissage visées par nos travaux concernent la formation aux procédures à risque et/ou d'urgence, comme la formation des agents de conduite de la SNCF à la vérification et à la maintenance des appareils de voie.
Ces procédures se caractérisent par le respect, souvent "strict", des consignes, protocoles et procédures établis car des erreurs peuvent occasionner de lourdes conséquences. Dans ce type de procédures, l’objectif de la formation est d'amener l'apprenant à "respecter" la procédure prescrite et le rôle du formateur consiste à superviser l'apprentissage et, en particulier, à repérer, les erreurs de l'apprenant afin d’y remédier. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la manière dont pourrait être assisté un formateur dans sa tâche de suivi et d'assistance aux apprenants. Nous recherchons à détecter et à caractériser les erreurs produites par l'apprenant en faisant une analyse de son activité. Pour ce faire, nous proposons une approche en quatre points.
Le premier consiste à proposer le langage de description de tâches METISSE qui permet de modéliser les procédures prescrites. Le but recherché par cette modélisation est de pouvoir l'exploiter pour : (1) faire le diagnostic de l'activité de l'apprenant et plus particulièrement, de détecter les aspects observables de ses erreurs ; (2) apporter de l'assistance à l'apprenant. Le deuxième point consiste à utiliser la classification des actions erronées de Hollnagel pour caractériser (qualifier) ces aspects observables. Le troisième point consiste à proposer un mécanisme de reconnaissance de plans (RP) qui, en s'appuyant sur le modèle de la procédure prescrite décrite avec le langage METISSE, permet d'inférer les plans de l'apprenant et de détecter ses actions erronées conformément à la classification de Hollnagel. Le dernier point consiste à proposer un mécanisme qui permet d’automatiser la recherche et l’inférence des causes sous- jacentes aux actions erronées de l'apprenant, en fournissant des explications (les liens causaux) ayant conduit à ces inférences. Les résultats obtenus par ce mécanisme sont ensuite proposés au formateur. Ce mécanisme est fondé sur CREAM, une méthode d’analyse de la fiabilité humaine et est implémenté en utilisant la théorie de l’évidence de Dempster-Shafer.

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Henri EBERSPÄCHER

Aide à la coordination de groupes et de communautés virtuelles dans VIRTUS : automatisation de la mise en oeuvre de chartes

Thèse en Informatique de l'Université de Montpellier 2,
soutenue le 28 novembre 2007 à Montpellier

Les environnements informatiques de travail collaboratif servent de support aux activités des groupes et des communautés. La définition des rôles au sein des groupes (communautés) permet de répartir les responsabilités de chaque membre. Pour chaque groupe (communauté), une charte décrit les responsabilités en formalisant les droits et devoirs de chaque rôle. Cette charte, librement discutée dans le groupe (ou la communauté) et adoptée favorise l'engagement des membres pour les tâches à accomplir.

L'originalité de notre travail porte, d'une part, sur l'introduction d'un langage déclaratif de chartes exprimant, par des règles déclaratives, des engagements et des responsabilités dévolus aux rôles et porte d'autre part, sur leur exploitation informatique. Une fois la charte définie pour un groupe/communauté, elle est traduite dans un langage de règles exécutables. Périodiquement, la plateforme Virtus, résultant de nos travaux, extrait des informations de l'environnement de travail et active un système à base de connaissances pour chaque groupe/communauté en activité dans l'environnement virtuel.

La plateforme Virtus est composée de VirtusWeb qui gère les contextes et les services de l'environnement de travail et VirtusCharte qui raisonne automatiquement sur les règles des chartes. La plateforme Virtus est ainsi dotée d'un mécanisme de régulation et de suivi de l'activité des groupes/des communautés fondé sur les concepts de charte et de rôle. Ce mécanisme est totalement configurable par le biais des règles exprimées dans le langage de chartes proposé et de rôles librement définis. La plateforme Virtus propose ainsi un environnement qui permet de construire des expérimentations pour l'étude du travail collaboratif.

Pour prolonger ces travaux, nous proposons de compléter VirtusCharte par un composant logiciel d'observation et d'évaluation de l'adéquation des chartes au fonctionnement effectif des groupes pour, à terme, proposer au groupe des évolutions de sa charte.

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Cédric FLUCKIGER

Appropriation des TIC par les collégiens dans les sphères familières et scolaires

Thèse en Sciences de l'Education de l'ENS Cachan,
soutenue le 29 octobre 2007 à Cachan

Mots Clés : TIC, ordinateur, informatique, collégiens, adolescents, appropriation, instrument, disposition, schème, savoir-faire.

Les jeunes adolescents sont couramment dépeints comme familiers des TIC, acculturés depuis l’enfance à leur usage et particulièrement experts dans leur manipulation. Cette thèse vise à saisir, au-delà de l’hypothèse de sens commun d’un « bain » dans lequel baigneraient les jeunes actuels, le processus d’appropriation des ordinateurs par les jeunes adolescents.

Le cadre conceptuel proposé articule les apports de la sociologie dispositionnaliste de Bernard Lahire, qui permet de rendre compte de la pluralité des univers d’appropriation, et les concepts de schème d’utilisation et d’instrument, développés par l’approche instrumentale de Pierre Rabardel, qui permet de caractériser ce qui s’incorpore dans l’usage des outils informatiques et de rendre compte de la nature instrumentale des logiques d’action mises en œuvre.

La thèse montre que le développement des usages et du jeu des compétences techniques est étroitement articulé à la construction de soi et aux formes de sociabilité adolescentes, mais que la pluralité des univers d’usage des outils informatiques conduit à une pluralité des formes d’appropriation, source d’une différenciation interpersonnelle et d’une hétérogénéité interne des dispositions et schèmes d’utilisation incorporés. L’appropriation générationnelle, ludique et pragmatique, conduit à une familiarisation pratique permettant l’incorporation de savoir-faire locaux ; l’appropriation familiale passant par la transmission de ce que nous analysons comme un capital informatique conduit à une variabilité inter-individuelle des dispositions à l’usage ; tandis que l’appropriation scolaire, en rupture avec les usages familiers aux élèves, conduit à une manipulation consciente et structurée produisant une variabilité intra-individuelle des schèmes d’utilisation.

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Baruk TOLÉDANO

Utilisation d’ontologies pour la qualification et la recherche de ressources pédagogiques ­ Contribution à la conception d’outils métier

Thèse en Informatique de l'Université Pierre et Marie Curie (Paris 6),
soutenue le 19 septembre 2007 à Paris

Un problème commun aux STICEF (sciences et technologies de l’information et de la communication pour l’éducation et la formation), à l’Ingénierie des Connaissances et au Web Sémantique concerne la réutilisation des ressources numériques par des agents humains ou logiciels. Ce problème a été abordé différemment dans chacun de ces domaines. Dans le cadre des STICEF, à des échelles nationales et internationale, des standards de schémas de métadonnées ont été élaborés, avec des adaptations locales (profils d’application), l’accent étant mis davantage sur le choix des descripteurs et leur organisation en schéma conceptuel que sur la question de leurs domaines de valeurs (vocabulaires). Dans le cadre de l’Ingénierie des Connaissances et du Web Sémantique, des principes et des langages ont été conçus pour exprimer la sémantique des ressources (RDF, OWL) ainsi que des raisonnements déductifs (SWRL), mettant en exergue l’utilisation d’ontologies et les possibilités d’inférences associées.
L’objectif de cette thèse est d’étudier les potentialités de l’articulation entre schémas de métadonnées et ontologies afin d’élaborer des principes pour la qualification et la recherche de ressources pédagogiques, en vue de faciliter la mutualisation et la réutilisation de ces dernières. La réflexion que nous avons menée nous a conduit à proposer d’utiliser des ontologies en tant que vocabulaires consensuels de certains descripteurs de métadonnées, le partage des domaines de valeurs étant un point important pour la réutilisation de ressources via leurs métadonnées. Nous proposons notamment d’exploiter ces ontologies pour mettre en œuvre des mécanismes de raisonnements déductifs (inférences) lors de la phase de recherche de ressources pédagogiques, afin d'aider l'utilisateur à (re)formuler sa requête, par exemple à la généraliser ou à l’affiner.

Pour approfondir notre étude et valider les principes d’utilisation des ontologies, nous avons conçu et réalisé deux outils « métier » destinés à instrumenter respectivement les tâches de qualification et de recherche de ressources, pour divers utilisateurs du monde éducatif (auteurs, concepteurs, enseignants, tuteurs, apprenants…) : un éditeur de métadonnées et un environnement de formulation de requêtes, tous deux paramétrables par des schémas de métadonnées et des ontologies quelconques. Une des difficultés rencontrées est que certains langages servant à représenter des schémas de métadonnées (e.g. DTD, XML Schema) n’ont pas été conçus pour gérer des liens avec des ontologies. Nous avons proposé d’introduire une extension de ces langages pour exprimer des liens « sémantiques » entre métadonnées et ontologies. Afin de rester compatibles avec les standards existants et de valider notre extension, nous avons implémenté ces liens en suivant la recommandation W3C XLink pour les deux outils réalisés.
Ce travail, qui a nécessité la prise en compte de l’état de l’art de différents domaines en évolution (processus de standardisation spécifiques aux STICEF, ingénierie des connaissances et Web sémantique), a été en partie réalisé dans le cadre applicatif du projet RNTL ACEDU (Adaptation du Cartable Électronique à ses divers utilisateurs).

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César MOURA

MDEduc: conceiving and implementing a language-oriented approach for the design of automated learning scenarios

Thèse en Informatique de l'Université des Sciences et Technologies de Lille,
soutenue le 20 juin 2007 à Lille

Cette thèse a pour sujet la conception de scénarios pédagogiques destinés à l’e-formation. Afin de faciliter les échanges de matériaux décrivant des stratégies pédagogiques, la communauté s’est récemment mobilisée pour proposer un langage standard suffisamment générique pour permettre la représentation de n’importe quel scénario, indépendant même du paradigme éducationnel sous-jacent. Appelé génériquement Educational Modeling Language (EML), ce type de langage engendre une nouvelle façon de concevoir des EIAH, en s'éloignant du traditionnel Instructional System Design, une fois que, au lieu de proposer une application finie, les EML proposent un modèle conceptuel standard, une notation pour l’exprimer et des éditeurs et frameworks, laissant aux concepteurs finaux la tâche de créer leurs propres « applications ». Les EMLs permettent alors la création et exécution d’instances de scénarios, dans une approche plus ouverte et flexible, augmentant, ainsi, les possibilités d'adaptation des applications résultantes aux besoins des usagers.
Cette flexibilité reste pourtant limitée et, après quelques années de recherche, les EMLs commencent à montrer ses faiblesses. En fait, le langage choisi pour devenir le standard du domaine, le IMS-LD, s'est montré générique, certes, mais peu expressive, ne permettant pas une représentation fidèle des divers scénarios existants. C'est à dire, c'est aux usagers de s'adapter à la syntaxe et sémantique de cet standard.
Cette thèse part d’un constat quant aux difficultés du processus de conception lui-même, et aux risques de coupure qu’il peut y avoir entre pédagogues et développeurs de logiciels. Pour améliorer la capacité des équipes pédagogiques à pouvoir spécifier, et même implémenter, des scénarios pédagogiques, nous proposons une approche où c'est l’EML qui doit s'adapter aux besoins de l'usager. L'usager a la possibilité de créer son propre langage (ou ses propres langages), s'il en a besoin. En plus, un même scénario peut être décrit en même temps par des différents EMLs (ou modèles) respectant des différents perspectives - et même paradigmes - de chaque stake holder.
Cette approche, appelée multi-EML, est possible grâce aux avancées récentes du génie logiciel, telle l’Architecture Dirigée par les Modèles ­ l’implémentation la plus connue d'un nouvel paradigme de programmation surnommé Languages Oriented Programming (LOP), qui inclut encore d’autres implémentations. Notre proposition réside dans la conception d’un environnement informatique « auteur », qui repose sur les principes des Languages Oriented Programming, en utilisant la plateforme ouverte ECLIPSE et, plus particulièrement son implémentation du LOP, l’Eclipse Modeling Framework (EMF). Ainsi, les concepteurs auront un outil qui leur permettra de créer des spécifications formelles décrivant les scénarios envisagés et d'en générer automatiquement des applications correspondantes, dans un processus qui démarre avec les descriptions informelles des experts du domaine.
Reconnaissant que les experts d'éducation - ceux qui mieux comprennent le domaine - ne sont pas nécessairement des informaticiens, l'environnement proposé, appelé MDEduc, fournit aussi un éditeur permettant de décrire un scénario dans une notation informelle, à savoir le pattern pédagogique, à partir de laquelle les modèles formels peuvent être dérivés. En plus, nous proposons de garder côte à côte et en coïncidence ces descriptions en langage informelles, et les descriptions plus formelles et normatives et d’offrir la possibilité d’effectuer des allers-retours à toutes les phases du cycle de vie du dispositif pédagogique.

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Pierre-André CARON

Ingénierie dirigée par les modèles pour la construction de dispositifs pédagogiques sur des plateformes de formation

Thèse en Informatique de l'Université des Sciences et Technologies de Lille,
soutenue le 18 juin 2007 à Lille

Notre problématique en EIAH (environnements informatiques pour l'apprentissage humain) concerne la place de l'informatique quant à l'aide qu'elle peut apporter à des enseignants pour accommoder leur enseignement sur des plate-formes de formation. Cette problématique, très générale, nous a amené à nous interroger sur l'organisation sociale des enseignants que nous souhaitons adresser, sur les pratiques de création enseignante, sur les objets pédagogiques que ces pratiques nécessitent, ainsi que sur les médias accueillant ces pratiques. Nous décrivons les contours d'une ingénierie des EIAHs adaptée à des équipes d'enseignants pratiquant le bricolage pédagogique dans une perspective artisanale. Cette ingénierie repose sur une infrastructure exploitant les ressources de l'ingénierie dirigée par les modèles adaptées au domaine des EIAHs. Cette infrastructure est composée d'une plate-forme de modélisation et d'un générateur de constructeur spécifique. Elle permet, de modéliser, de contextualiser et de construire des dispositifs pédagogiques sur des plate-formes de formation ou sur de simples applications Web.
Trois études de cas menées pendant cette thèse illustrent les différents aspects de notre travail, et montrent que la propositions d'ingénierie que nous présentons permet d'adresser toute la diversité des environnements informatiques pour l'apprentissage humain. Nous concluons en montrant que les concepts et solutions présentées dans cette thèse permettent de relever les enjeux posés par les récentes évolutions en EIAH, tant au niveau des approches pédagogiques, que des médias utilisés.

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Emmanuelle VILLIOT-LECLERCQ

Modèle de soutien à l'élaboration et à la réutilisation de scénarios pédagogiques

Thèse en Sciences de l'éducation de l'Université Joseph Fourier et de l'Université de Montréal,
soutenue le 4 juin 2007 à Grenoble

Mots-clés : scénarios pédagogiques, réutilisation, conception pédagogique, modélisation, soutien, modèles, système conseiller.

Notre travail de thèse se situe dans le contexte de la recherche en EIAH (Environnements Informatisés pour l’Apprentissage Humain), et il porte plus particulièrement sur la dimension de la scénarisation pédagogique instrumentée. Avec le développement des TICE, les praticiens de la formation (enseignants et concepteurs pédagogiques) se trouvent confrontés dans leur travail quotidien à la conception de situations d’apprentissage instrumentées. Cette situation entraîne de nouvelles pratiques de conception pédagogique (partage, réutilisation) et un essor des approches pédagogiques « actives », tout en conduisant les praticiens à porter une attention particulière à la formalisation préalable des situations d’apprentissage via des scénarios pédagogiques. Ces derniers sont ainsi définis par Paquette (2005) : « un ensemble ordonné d’activités, régies par des acteurs qui utilisent et produisent des ressources ».
Dans ce contexte, notre problème de recherche porte sur les modalités d’expression des scénarios pédagogiques qui permettraient à un scénario d’être facilement réutilisable par un enseignant et un concepteur pédagogique. Notre hypothèse générale est que si les scénarios étaient décrits de façon plus formelle, si les intentions pédagogiques y étaient mieux explicitées, et si les tâches de réutilisation étaient mieux définies et mieux soutenues, ils seraient plus facilement réutilisables. Notre objectif général de recherche porte ainsi, d’une part sur la façon d’exprimer, des scénarios formalisés et instrumentables par les TICE, et d’autre part, de soutenir l’apprentissage de leur réutilisation dans un contexte spécifique. Notre méthodologie de recherche est fondée sur une double approche : une approche par modélisation et une approche centrée usager. Elle vise l’élaboration de modèles théoriques en interaction avec les praticiens de la formation et intègre des évaluations aux diverses étapes de la modélisation.
Nous présentons dans ce document trois propositions qui permettent de répondre à notre hypothèse et objectif de recherche. La première proposition est une méthode basée sur une métaphore pour exprimer de façon formalisée et instrumentable les scénarios pédagogiques : la méthode des Pléiades. La seconde proposition est un modèle d’interprétation du processus de réutilisation des scénarios pédagogiques : le modèle CAA (Choix, Appropriation, Adaptation). La troisième proposition est un modèle de soutien à quatre niveaux au processus de réutilisation des scénarios pédagogiques formalisés : le modèle MOSCA. Ce modèle repose sur un ensemble d’artefacts mis à la disposition des usagers pour les soutenir lors de leur tâche de réutilisation. Le choix et la construction des artefacts s’appuient à la fois sur la méthode des Pléiades et sur le modèle CAA.
La méthode et les modèles ont été évalués avec des usagers-experts en scénarisation sur la réutilisation d’un scénario « Étude de Cas ». L’évaluation a montré que les formalismes proposés favorisaient une meilleure compréhension du processus de scénarisation ainsi que la réutilisation et l’adaptation des scénarios. Les conclusions de ce travail ouvrent de nombreuses perspectives de prolongement et de recherche à court et moyen terme.

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Stéphane AUBRY

Annotations et gestion des connaissances en environnement virtuel collaboratif

Thèse soutenue le 28 mai 2007 à Compiègne

Ce mémoire traite de l’utilisation des annotations en environnement virtuel pour aider à l’activité de conception collaborative de produit. Au cours de tels projets, de nombreuses informations sont échangées entre les divers intervenants. La facilitation et la capitalisation de ces échanges sont des points importants pour la réussite du projet. L’utilisation de la réalité
virtuelle dans la conception de produit offre de nombreuses possibilités, tant au niveau de l’évaluation de fonctionnalités du produit, notamment grâce à la maquette virtuelle, qu’au niveau
de la collaboration entre les utilisateurs. Il reste cependant nécessaire de définir un artefact permettant de capitaliser les échanges directement dans l’environnement virtuel, ce que nous
proposons avec les annotations 3D.
Nous présentons dans ce mémoire un modèle de l’annotation 3D. Celui-ci met en avant les spécificités de cette catégorie particulière d’annotations. Le modèle d’annotation comporte trois parties : la forme de l’annotation, sa spatialisation et les méta-données. Nous verrons en particulier des aspects concernant les supports spécifiques à l’annotation 3D, l’ancre de l’annotation et son point de vue géométrique.
Le grand nombre d’annotations pouvant être présentes sur le produit, ainsi que l’absence de sens de lecture canonique d’un objet 3D engendrent des difficultés concernant la manipulation des annotations sur le produit. Le deuxième volet de notre travail concerne l’introduction d’un modèle de connaissances, représentant les concepts utilisés au cours de la conception et permettant l’indexation des annotations. L’objectif de l’introduction de ce modèle de connaissances est de permettre aux utilisateurs d’accéder aux annotations pertinentes par rapport à un aspect donné de la conception du produit.
Nous avons implémenté ces propositions dans un prototype d’environnement virtuel d’annotation, et évalué grâce à cet environnement l’influence de l’utilisation du modèle de connaissances pour aider la lecture des annotations sur le produit. Cette expérimentation indique en particulier que les utilisateurs ayant à disposition le modèle de connaissances réalisent plus souvent correctement les tâches demandées et avec un meilleur niveau de certitude.

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Hcene BENMOHAMED

ICTT@Lab: un environnement informatique pour la génération et l’exécution de scénarios de téléTP

Thèse en Informatique de INSA de Lyon, le 25 janvier 2007 à Lyon

Mots-clés : EIAH, TICE, e-formation, téléformation, scénarios pédagogiques, téléTP, laboratoires distants, laboratoires virtuels.

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le domaine de la e-formation, et concernent la conception d’un environnement générique de téléTP en sciences de l’ingénierie, accompagné d’une méthodologie de mise à distance de dispositifs technologiques. Jusqu’alors la e-formation se limitait aux domaines où l’enseignement théorique prime sur l’enseignement pratique et les manipulations. Pour faire de la e-formation un outil viable et largement utilisé, les téléTP doivent y avoir une place centrale car ils répondent à un besoin reconnu d’activités pratiques dans les disciplines scientifiques et techniques. Cette intégration doit s’accompagner des mêmes facilités d’édition, d’utilisation et de réutilisabilité que les autres contenus, plus conceptuels (téléCours, téléTD, téléProjet, …). Dans ce contexte, nous proposons un framework, nommé ICTT@Lab (generIC framework for remoTe and virTu@l Laboratory integration), s’intégrant dans une plate-forme d’e-formation aux côtés d’un LMS compatible avec la spécification IMS-LD et fournissant les services nécessaires et spécifiques à l’édition et à la réalisation de téléTP. En se basant sur des ontologies spécifiant composants et fonctionnalités classiques d’un dispositif technologique, les auteurs de scénarios peuvent désormais éditer leurs scénarios pédagogiques au format IMS-LD et les lier à une classe de dispositifs technologiques (réels ou virtuels). Ils les rendent ainsi compatibles avec n’importe quel dispositif associé à la même classe, autorisant de fait, la réutilisation de leur production sur d’autres plates-formes de téléTP. L’ensemble de cette architecture est accompagné d’une chaîne d’édition complète dédiée au téléTP. La sécurité du dispositif (point sensible à distance) donne lieu à une analyse AMDEC et une interprétation de cet aspect dans nos modèles. Une expérimentation située dans un plan d’expériences (Tagushi) a été réalisée sur un téléTP d’automatique.

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