Un tour d'horizon des STI et EIAH

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Un tour d'horizon des STI et EIAH
INF7470 Systèmes Tutoriels Intelligents

• Roger Nkambou
• Daniel Dubois
• Laboratoire GDAC
• 19 mars 2008

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Introduction

• Aujourd'hui, c'est une séance d'intégration des
  morceaux!
• Nous allons EXPLORER, ENSEMBLE quelques
  environnements d'apprentissage, intelligents ou
  non.
• Vous devez en identifier les aspects particuliers
  et porter un jugement
• type d'environnement (textuel sans interaction,
  présentations séquencées, présentations avec
  choix de réponse, avec hyperliens, interactif,
  micromonde, environnement virtuel)
• stratégie d'enseignement (enseignement
  instructionnel, directionnel, par tutorat, par
  compagnonage, par questionnement, etc.)
• type d'encadrement (aucun, contraintes par choix,
  exploration libre, expérimentation avec tutorat,
  entraîneur (coach), tâches simulées)
• Si l'interaction est en langue naturelle
  qualité (réalisme), profondeur de l'analyse
• S'il y a encadrement profondeur du diagnostic
• S'il y a modélisation de l'apprenant
  méthode/technique(s) utilisée(s)
• outils et liberté offerts aux enseignants

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Premier système ITS for designing
PAVOguejiofor et al. (2004)
Fonctionne avec une ontologie du domaine
Protégé 2000
www.kicinger.com/publications/pdf/OguejioforIT-AEC
2004.pdf
instructions pour notre exploration, et exemple
http//ite.gmu.edu/rkicinge/tutorial.html
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ITS for designing PAVExemple d'indices auxquels
porter attention

• À partir d'ici, allons explorer(cliquer sur
  l'image)!

Après exploration, voir les observations
attendues
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ITS for designing PAVPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• présentation séquencée (hiérarchie de scripts et
  d'animations Flash)
• stratégie d'enseignement
• présentation de concepts (permettre d'apprendre
  le domaine des VAP)
• type d'encadrement
• contrainte sur les hyperliens ou exploration
  libre
• profondeur du diagnostic
• aucun diagnostic (car aucune évalution)
• modélisation de l'apprenant
• aucune modélisation
• modélisation du domaine
• ontologie
• outils et liberté offerts aux enseignants
• non applicable

www.kicinger.com/publications/pdf/OguejioforIT-AEC
2004.pdf
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ITS for designing PAVModélisation de son domaine
par ontologie
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Ms. LindquistTutoring students in writing
expressions for algebra word problems

• Neil Heffernan, Carnegie Mellon University
• Ms. Lindquist enseigne par Internet
• Stratégies fondées sur la vraie Ms. Lindquist
• tente donc de l'émuler

http//www.algebratutor.org/
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Ms. LindquistQuelques points non apparents ou
longs à découvrir!

• Ms. Lindquist n'utilise ni de pré-test, ni de
  post-test
• elle débute avec des problèmes faciles et accroît
  la difficulté si les réponses sont bonnes.
• permet d'abord de répondre par soi-même avant
  d'offrir de l'aide.
• Dispose de multiples stratégies pour assister les
  étudiants.
• Fonde ses interventions sur la maîtrise des
  éléments (mastery learning)
• permet d'avancer à un rythme personnel
• mais demeure à l'intérieur de la leçon jusqu'à
  maîtrise satisfaisante (3 ou 4 exercices réussis
  de suite).

Comparer cette zone à ce qui apparaît au prochain
écran
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Ms. LindquistDécouvrons... et observons!

• Quels sont les éléments de l'interface
  utilisateur?
• Quelles stratégies Ms Lindquist utilise-t-elle?
• ex. y a-t-il tentative de favoriser une
  compréhension intuitive, qualitative?
• Qu'arrive-t-il lors d'une erreur?
• À partir d'ici, allons explorer Ms.
  Lindquist!(aller la démarrer dans le répertoire)

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Ms. LindquistPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• interactif
• stratégie d'enseignement
• apprentissage par essais-erreurs (maîtrise des
  éléments)
• type d'encadrement
• tutorat
• profondeur du diagnostic
• diagnostic immédiat et comparaison à l'ensemble
  des étudiants
• modélisation de l'apprenant
• "compétences" acquises (superposition au
  curriculum prévu)
• outils et liberté offerts aux enseignants
• Le bouton "Email a Progress Report" permet aux
  étudiants de remettre leurs devoirs par courriel
  après exécution.

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Aplusix
http//aplusix.imag.fr/fr/

• Jean-François Nicaud
• à compter de 1987
• fut réorganisé en 2000 par J.F. Nicaud et D.
  Bouhineau
• Comporte
• un éditeur d'exercice
• logiciel d'administration (créer profs,
  étudiants, classes)

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AplusixDiagnostic, MA et encadrement

• FAIRE
• mode entraînement faire/corriger avec
  rétroactions
• mode test 30 min. sans apporter d'aide
• CORRIGER
• mode autocorrection l'élève revoit son test
  avec indication des erreurs, peut corriger et
  compléter
• mode rétroactions
• indique si l'étape franchie est juste (lien en
  vert ou en rouge)
• indique si le résultat final est juste ("Résolu"
  ou msg d'erreur)

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AplusixAutocorrection
clavier virtuel- palette
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AplusixPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• stratégie d'enseignement
• type d'encadrement
• profondeur du diagnostic
• modélisation de l'apprenant
• outils et liberté offerts aux enseignants

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Pépite
clavier virtuel- palette

• Élizabeth Delozanne (2002)Laboratoire
  d'Informatique de l'Université du Maine (LIUM)
• Soutient le développement des compétences
• interpréter des expressions algébriques
• produire des expressions algébriques pour
  traduire une situation
• utiliser l'algèbre pour prouver.

http//pepite.univ-lemans.fr/
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PépitePrise en charge des tâches de l'enseignant

• Une partie du codage des réponses (analyse
  locale)
• La construction du profil (analyse globale)

• Le professeur s'occupe
• du raisonnement algébrique, des justifications en
  français.

• PépiDiag soutient
• toutes les réponses à des questions fermées,
• les réponses à des questions formulées avec une
  expression algébrique sur une ligne

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PépiteCodage des réponses

• Solution correcte T1
• Solution correcte et justification inadéquate
  T2
• Si légalité est vraie
• preuve par des exemples numériques R2
• preuve avec utilisation de propriétés énoncées en
  langage naturel R3
• preuve par appel au légal R4
• Si légalité est fausse autre justification
  quun contre exemple R3
• Solution incorrecte et justification incorrecte
  T3
• a3 a2 a5 jugée fausse M33
• Justification cf. plus haut
• Etc.

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PépiteExamen du codage automatique
/Modification manuelle du diagnostic
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PépiteModèle de l'apprenant Profil cognitif de
l'élève

• Pépite associe à chaque profil type des
  situations d'apprentissage susceptibles de les
  faire évoluer
• Vise à utiliser différents registres sémiotiques
  via l'interaction avec des compagnons virtuels
  paramétrables par l'enseignant ou le chercheur

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Pépite Modèle de l'apprenant compétences
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PépitePoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• interactif
• stratégie d'enseignement
• apprentissage par essai-erreur (maîtrise des
  éléments)
• type d'encadrement
• tutorat
• profondeur du diagnostic
• diagnostic immédiat et comparaison à l'ensemble
  des étudiants
• modélisation de l'apprenant
• "compétences" acquises (superposition au
  curriculum prévu)
• outils et liberté offerts aux enseignants
• Le bouton "Email a Progress Report" permet aux
  étudiants de remettre leurs devoirs par courriel
  après exécution.

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ELM-ARTEpisodic Learner Model Adaptive Remote
Tutor

• Brusilovsky et al., 1995-
• Accessible par la Toile (web-based)
• Cours web d'intro à la programmation LISP

http//apsymac33.uni-trier.de8080/Lisp-Course
cliquer sur l'image pour aller explorer
http//aied.inf.ed.ac.uk/members01/archive/vol_12/
weber/full.htmlHeading2 http//www.info2.uqam.ca
/nkambou/DIC9340/seances/seances7-8/JAIEDFinal-EL
MArt.pdf
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ELM-ARTCaractéristiques principales

• Simule l'approche un manuel papier (textbook)
• matière organisée hiérarchiquement dans une table
  des matières détaillée (hyperliens)
• Navigation séquentielle ou hypertexte (voir page
  préc.)
• Recommandation sur les éléments à entreprendre
• adaptation continuelle du plan de cours suggéré
  (sous le lien "next")
• Éléments "vivants" qui amènent à des éléments
  interactifs.
• Diagnostic des solutions incorrectes
• Modèle de l'apprenant accessible

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ELM-ARTModèle de l'apprenant

• Accessible par l'apprenant
• pour voir l'estimation faite à son sujet
• pour corriger le système sur son évaluation
• Combine l'approche par superposition (overlay) et
  la modélisation épisodique
• Enregistres les préférences de l'utilisateur
  (utilisées pour générer les pages) au sujet
• d'utiliser ou non des cadres
• de la couleur de l'arrière-plan
• d'une hiérarchie sommaire au haut de chaque page
• d'une indication d'apprentissage de l'item en
  cours
• du désir d'un guidage automatique,
• etc.
• Enregistre et généralise les solutions adoptées
  par l'apprenant ("épisodes", c'est-à-dire
  séquences ou schémas mis en oeuvre)

http//aied.inf.ed.ac.uk/members01/archive/vol_12/
weber/full.htmlHeading13
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ELM-ARTDiagnostic et encadrement

• L'apprenant peut tester ses essais de fonctions
• Un évaluateur montre le résultat
• L'apprenant doit tenter de corriger tout résultat
  inattendu
• Il peut demander à ELM-ART de diagnostiquer sa
  solution
• Le système offre alors une rétroaction par
  messages d'aide ou indices progressivement plus
  détaillés.
• Encadrement
• exemples séquencés par similarité
• exercices séquencés par similarité et selon les
  concepts utilisés dans les résolutions antérieures

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ELM-ARTPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• stratégie d'enseignement
• type d'encadrement
• profondeur du diagnostic
• modélisation de l'apprenant
• outils et liberté offerts aux enseignants

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LeActiveMath
Examinons l'interface utilisateur. Il s'y trouve
plusieurs éléments d'assistance.
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LeActiveMath
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LeActiveMath
http//demo.activemath.org/ActiveMath2/main/menu.c
md
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LeActiveMathEncadrement

• Aide en ligne
• sur l'utilisation du logiciel et de l'interface
• Table des matières du cours
• avec indication des sujets couverts correctement
  (vert), possibles, à voir (rouge)
• se fonde sur les 8 compétences génériques à
  maîtriser
• penser mathématiquement, argumenter
  mathématiquement, résoudre des problèmes
  mathématiquement, modéliser math., utiliser des
  représentations mathématiques, etc.
• Navigation par hyperliens
• pour explication sur les mots utilisés dans les
  descriptions, explications et exemples
• pour passer à un autre élément de la table des
  matières
• Bulles d'aide immédiate
• description du type d'objet / signification
• Icônes descriptives du type d'élément
  (explications, exemple, mise en garde, etc.)
• Indicateur du niveau de difficulté de l'exercice

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LeActiveMathModèle de l'utilisateur

• accessible par l'utilisateur
• conserve les préférences de l'utilisateur
• estimations sur le contenu parcouru et réussi
• présentées par chiffre et par la couleur du
  chiffre
• fondé sur le succès aux exercices, la quantité
  d'aide demandée
• L'estimation concerne trois aspects
• connaissances
• compréhension
• capacité d'application

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LeActiveMathPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• stratégie d'enseignement
• type d'encadrement
• profondeur du diagnostic
• modélisation de l'apprenant
• outils et liberté offerts aux enseignants

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Wayang Outpost

• Ivon Arroyo, Carol Beal, Tom Murray, Rena Walles,
  Beverly Woolf
• But préparer les étudiants à l'examen final du
  Secondaire (high school)
• Accessible par la Toile (web-based)
• Sur Flash, il présente des animations et du son
• http//ccbit.cs.umass.edu/wayang/

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Wayang OutpostEnvironnement

• Deux types d'environnements
• 1- exercices théoriques
• 2- exercices concrets lors d'aventures

2
1
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Wayang OutpostEncadrement

• L'encadrement se fonde sur le profil cognitif de
  l'apprenant
• capacités de rappel (faits et principes
  mathématiques)
• capacités de manipulations spatiales
• Deux types d'aide
• computational and numeric approach
• spatial transformations and visual estimations
• generally encompassing a spatial trick that
  makes the problem much simpler to solve.

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Wayang OutpostModélisation de l'apprenant
http//wayang.cs.umass.edu/wayang/Wayang-Final.pdf

• Sert à sélectionner le prochain problème
• vers ceux qui utilisent des habiletés
  probablement non possédées
• Ne modélise pas chaque étape des résolutions
• trop coûteux pour le grand nombre de problèmes
  disponibles
• Modélise les demandes d'aide
• pour offrir un indice qui a la plus grande
  probabilité d'amener l'étudiant directement à la
  réponse.
• et sauter les indices dont l'étudiant n'a
  probablement pas besoin.
• donc prédire la réaction de l'étudiant après
  l'indice.
• Le modèle est dérivé des données dérivées de
  l'ensemble des étudiants antérieurs, rattachées
  aux habiletés indiquées par des experts humains.

réseau bayésien multi-niveaux (3)
connaissances abstraites
connaissances spécialisées
réponses aux indices
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Wayang OutpostPoints d'intérêt suggérés

• type d'environnement
• stratégie d'enseignement
• type d'encadrement
• profondeur du diagnostic
• modélisation de l'apprenant
• outils et liberté offerts aux enseignants

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Andes
http//www.andes.pitt.edu/

• Nous allons examiner directement le tutoriel (20
  min.)

http//www.info2.uqam.ca/nkambou/DIC9340/seances/
seances7-8/ANDES.pdf
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Conclusion une diversité de E(I)AH!

• Par ce sommaire tour d'horizon, nous avons pu
  observer qu'il existe une panoplie d'approches,
  d'emphases, et de qualité.
• Certains environnements sont graphiquement très
  polis et attrayants
• D'autres reflètent davantage des efforts de
  recherche en cours.
• Prenez le temps d'utiliser les hyperliens
  indiqués et d'explorer vous-mêmes.
• Profitez-en cette présentation a nécessité des
  heures de recherche pour identifier les STI /EIAH
  et localiser les sites Internet appropriés ou les
  codes exécutables!!