EIAO Enseignement Intelligent Assist

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EIAOEnseignement Intelligent Assisté par
OrdinateurEnvironnements Interactifs
dApprentissage avec Ordinateur
Cours de Magister de EIAO Présenté par Dr
KHOLLADI Mohamed-Khireddine Université Mentouri
Constantine Diplômé de l'INSA de Lyon France 2001
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EIAOEnseignement Intelligent Assisté par
OrdinateurEnvironnements Interactifs
dApprentissage avec Ordinateur

1. Introduction
2. Techniques Informatiques dEIAO
3. Production de Didacticiels
4. Diffusion de Didacticiels
5. Bilan économique de lEIAO
6. Marché de lEIAO
7. Développement de lEIAO
8. Systèmes orientés modèles de lenseignement
9. Systèmes orientés théorie de lapprentissage
   MEMOLAB
10. Architecture du modélisateur du système ET
11. Les différents types dapprentissage
12. Chronologie dun projet EIAO
13. Exemples de systèmes dEIAO
14. Conclusions et bibliographie

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1 - INTRODUCTION

• 1.1 - Rôle de lordinateur dans lEIAO
• EIAO Ordinateur utilisé dans une tâche
  pédagogique et/ou administrative dans
  lenseignement.
• EIAO Ordinateur utilisé à des fins de
  didacticiels
• EIAO Ordinateur assiste lélève pendant son
  autoformation.
• EIAO utilise les disciplines suivantes
  Intelligence Artificielle, Didactique,
  Psychologie Cognitive et Sciences de léducation.
• Cest un Tuteur Intelligent

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Exemples

• Lors du recyclage dun groupe de techniciens, un
  formateur utilise un micro-ordinateur connecté à
  un canon à images pour présenter le nouveau
  fonctionnement dun circuit hydraulique grâce à
  un programme informatique.

• Dans une grande école de gestion, un enseignant
  utilise un logiciel de simulation économique dont
  il modifie une ou plusieurs données pour montrer
  à ses élèves linfluence dun facteur économique.

• Lors de la formation des responsables du réseau
  dune banque, un formateur fait utiliser par ses
  élèves, le système expert daide à loctroi dun
  prêt qui sera disponible quelques semaines plus
  tard sur les terminaux de chaque agence.

• Dans le centre de documentation dune université,
  les étudiants peuvent consulter des documents
  pédagogiques démonstration de théorème
  mathématique, description dexpérience de
  physique, de chimie ou de biologie.

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• Dans tous les cas, lordinateur est un moyen
  interactif, intelligent parfois, mis à la
  disposition dun formateur ou directement dun
  élève, pour satisfaire à un objectif de formation.

• Lordinateur
• Apporte linformation
• Fournit laccès à la connaissance
• Ne teste pas le niveau de connaissance de lélève
• Ne corrige pas
• Nexplique pas les erreurs

• Le formateur ou lenseignant
• Remplit les fonctions dassistance grâce à un
  dialogue pédagogique
• Si le dialogue est pris en charge par des
  programmes informatiques, on parle alors de
  lEIAO (EAO) ou de Didacticiel.
• Ordinateur tend de remplacer le formateur.

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1.2 Position de lEIAO/aux autres moyens
dapprentissage

• Se former avec un formateur permet une
  progression rapide (bonne mise en œuvre de
  linformation facilitant la compréhension,
  nécessite la disponibilité et la qualité du
  formateur).

• Se former soi-même sur le tas, cest faire
  leffort de rechercher de linformation
  (sexercer sur des systèmes réels, se confronter
  aux expériences des autres pour valider ses
  connaissances, très enrichissant pour les
  meilleurs élèves et bloquant pour dautres).

• EIAO permet de présenter directement
  linformation à lélève (lui faire découvrir
  linformation au fur et à mesure, mettre à sa
  disposition des moyens puissants daccès à la
  connaissance et de simulation et permet de
  valider et dévaluer rapidement ses
  connaissances).

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2 - Techniques Informatiques de l'EIAO

• Apporter un ensemble de connaissances à lélève.
• Établir avec lui un dialogue pédagogique
• par des moyens informatiques
• Développer des programmes (didacticiels)
• permettront
• De présenter des informations à lélève ou de
  fournir à celui_ci laccès à de bases de
  connaissances ou de documentation.
• De le solliciter et de le faire réagir.
• De contrôler ses réactions.
• De choisir le parcours le mieux adapté
• Puissance de ces fonctions dépend
• Des caractéristiques du poste de travail de
  lélève.
• Des logiciels choisis pour réaliser les
  didacticiels.

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2.1 Poste de travail de lélève

• Accès aux programmes de formation par terminaux
  ou micro-ordinateur
• Terminaux poste de travail relié à un
  ordinateur au travers dun réseau
• Ordinateur peut être
• Un grand site classique de gestion et de calcul
• Un serveur Internet (client-serveur)
• Un micro-ordinateur
• Les programmes dEIAO sont chargés sur cet
  ordinateur et partagés pour des différents
  utilisateurs.
• Micro-ordinateur
• Lélève travaille sur un poste de travail sur
  lequel est chargé un exemplaire de programme de
  formation.
• Facilite lutilisation du mode graphique.
• Possibilité de connexion à des matériels
  audiovisuels ou à des matériels comme des
  similateurs analogiques, des robots, etc.

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2.2 Logiciels en EIAO

• 3 composantes logiciels forment la boîte à outils
  EIAO Léditeur, le gestionnaire dinteractions
  et le gestionnaire de stratégie.
• Editeur
• Gère les informlations présentées à lélève
• Offre des possibilités diverses de présentation
  (polices de caractères, couleurs, graphisme,
  interfaces audiovisuels, accès au Base de
  Données).
• Gestionnaire dInteractions (analyseur de
  réponse)
• Sollicite lélève (poser des questions).
• Contrôle ses réactions.
• Analyser ses réponses (avec celles prêvues par le
  didacticiel).
• Les commenter.
• Un modèle de réponse est formé de
• Une liste des mots essentiels (mots clés) à la
  compréhension de la réponse.
• Des règles qui régissent ces mots (présence ou
  absence dans la réponse, ordre dapparition,
  synonymes possibles, etc.).

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• Gestionnaire de Stratégie gère le cheminement
  de lélève dans le cours (souvent séquentiel).
• Les systèmes dEIAO se distinguent entre eux par
• Type de machines sur lesquelles ils sexécutent
• Puissance de lanalyseur de réponses (type de
  dialogue)
• Outils de création de didacticiels
  (informaticiens ou non).
• Exemples
• DIANE, DUO de DDTEC, EGO de 3P, LOGO
• EURIDIS de Thomson, IMG dIBM
• PLATO de Control Data, TICCIT, TENCORE dIBM PC
• PEPITE pour lAlgèbre
• Etc.

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3 - Production de Didacticiels

• Nécessite de réunir
• Des experts (de la matière enseignée)
• Des Ingénieurs de formation
• Récupèrer la connaissance auprès de ces experts
• Bâtir des scénarios (répondant aux objectifs de
  la formation).
• Experts (peu disponibles, trop imprégnés de leur
  sujet, pas qualités pédagogiques)
• Ingénieur de formation proche des ingénieurs de
  la connaissance en créant des bases de
  connaissances en Intelligence Artificielle pour
  appréhender la matière, rigueur dans le
  raisonnement, habilité à synthétiser les
  informations, le sens du contact et de la
  psychologie pour mener le dialogue.
• Le savoir faire pédagogique
• Des hommes de communication pour la reprise des
  scénarios, rédaction des textes, conception des
  graphiques, des images etc. (élaboration dun
  produit attrayant et percutant)
• Des spécialistes des techniques pour la
  réalisation Informaticiens, réalisateurs de
  produits audiovisuels, graphistes, etc.
• La mise en oeuvre dun projet EIAO est donc
  affaire de professionnels.

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4 - Diffusion des Didacticiels

• Réussir la diffusion dun didacticiel est aussi
  important que réussir sa production et tient au
  choix et à lorganisation des moyens.
• 4.1 Choix des moyens de diffusion.
• Grands serveurs centralisés avec leur réseau de
  terminaux
• Micro-ordinateur avec une catégorie intermédiaire
  constituée par des réseaux construits autour
  dun micro-ordinateur.
• Distribution des didacticiels sur supports
  magnétiques (faible capacité, risque de
  déterioration des supports, piratage).

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• 4.2 Organisation des moyens de diffusion
• En plus de.
• Choisir des moyens
• Diffuser des programmes jusquaux postes de
  travail des élèves
• Ce qui est insuffisant, Il faut
• Faciliter laccès des élèves à ces postes de
  travail (situation géographique, disponibilité,
  état de marche, convivialité, etc.).
• Distribution des didacticiels sur supports
  magnétiques (faible capacité, risque de
  déterioration des supports, piratage).
• Organiser ces postes pour que lélève puisse se
  connecter confort du poste, éclairage, absence
  de bruit, suivi des notes, dédition des listes,
  des écrans, etc. meilleurs conditions et
  auto-étude des élèves.
• Suivre des élèves en procédant à des tests ou
  examens classiques (programme EIAO des textes)0

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5 - Bilan économique de l'EIAO

• Une production et une diffusion qui exigent de
  réunir de nombreuses compétences, dutiliser des
  matériels coûteux, de mettre en place une
  organisation rigoureuses à quelles conditions
  peut-il se rentabiliser?
• 5.1 Coûts de production
• Evaluer les coûts de main-doeuvre de ces deux
  phases de conception et de réalisation à partir
  dun nombre dheures de production par heure
  élève.
• Evaluer les coûts des matériels et des logiciels
  informatiques mis en place.

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• 5.2 Eléments de rentabilité quantifiables
• Le temps de formation est moins long en EIAO
  quen formation classique.
• Le temps passé par les animateurs est
  considérablement diminué.
• Les élèves ne sont plus obligés de se déplacer.
• La formation de populations importantes peut être
  mise en place rapidement.
• 5.3 Eléments de rentabilité non quantifiables
• Disponibilité permanente
• Production du didacticiel par des experts et des
  ingénieurs de formation.
• Capitalisation des connaissances.
• Formation professionnelle
• Education nationale, collectivités locales, grand
  public

6 Marché de lEIAO
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7 - Développement de lEIAO

• Projet européen COMETT pour développer les
  formations initiales et continues aux
  technologies avancées, stimuler et renforcer la
  coopération entre les entreprises et les
  universités.
• Projet européebn DELTA pour étudier la mise en
  place des structures nécessaires pour introduire
  les nouvelles technologies dans la formation.
• Equipement des écoles, universités etc. un peu
  partout

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8 - Systèmes orientés modèles de lenseignement

• La conception de ces systèmes supposent 4 axes de
  recherches
• Contenus denseignement (modèle expert)
• Difficultés de lélève (modèle élève)
• Méthodes denseignement (modèle pédagogique)
• Interface utilisateur (composant non négligeable
  dans le processus dapprentissage).
• Modèle expert
• Le concepteur doit avoir
• Compétence dans le domaine enseigné
• Capacité à multiplier les points de vue
• Expert a des démarches générales
• Les procédures de conception dun système expert
• Analyse du domaine de référence à partir des
  protocoles dexpert et de novice.
• Construction dun modèle expert qui tiennent
  compte de toutes les nuances possibles de
  raisonnement
• Construction du module de lenseignement

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• Modèle élève
• Tiennent compte des capacités de lélève en
  proposant plusieurs niveaux dexercices et
  élabore des feed-back appropriés pour chaque type
  derreur.
• Chaque élève a une démarche particulière (prise
  en compte des différences de chacun).
• Les connaissances de lapprentissage sont des
  sous connaissances de lexpert (comparaisons des
  performances de lélève avec celles de lexpert
  dans les mêmes conditions (modèle de recouvrement
  ou Overlay Model) ex Tutoriel WUSOR.
• Prise en compte des erreurs (modèle de lerreur
  ou BUGGY Model) dont l objectif est de
  comprendre lorigine de lerreur et de proposer
  une stratégie de remédiation (SELF 88) qui a 6
  Fonctions
• Correction de lerreur
• Aide à lélaboration dune action à entreprendre
  quand lerreur est due à une procédure
  incomplète.
• Mise en oeuvre dune stratégie globale pour
  proposer un nouveau plan daction
• Construction dun diagnostic
• Prévision dactions futures (fonction de
  prédiction)
• Évaluation du travail fourni par lélève.

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• Modèle pédagogique
• Les EIAO classiques proposaient des méthodes
  pédagogiques qui minimisaient le risque derreur
  de la part de lapprenant .
• Les théories constructivistes (LOGO) privilégient
  lactivité de lélève même sil y a risque
  derreur puisque cest par et avec lerreur quil
  y a apprentissage Lapprenant explore lui-même
  ses solutions et lui fournit de laide que si
  cela savère nécessaire).
• Ce modèle est un ensemble de spécifications sur
  la manière dont le système doit construire ses
  interventions.
• Interactions avec lélève par la sélection des
  problèmes quil doit résoudre par un guidage vers
  la solution en critiquant ses performances, en
  lui fournissant une aide appropriée lorsque
  lélève le lui demande, en lui montrant des
  exemples.
• Le modèle socratique questionner lélève sur ses
  erreurs pour les faire progresser (SOPHIE).
• Le guidage tels les environnements de type
  micro-monde (WEST).

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• Interface
• Les logiciels actuels offrent une interface
  graphique sopistiquée, les manipulations directes
  (donc les interactions) y sont très importantes,
  ainsi lécran associé à la souris participent
  activement à la construction du savoir de
  lapprenant.
• Les limites des systèmes orientés modèles
  denseignement sont
• Mauvaise anticipation du niveau de connaissance
  du sujet.
• Élève na pas de moyens de diagnostiquer leurs
  erreurs
• Stratégies tutoriels pour la gestion du
  comportement de lapprenant ne sont pas
  clairement définies.
• Interactivité système élève est dominée par
  les interventions du système.

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9 - Systèmes orientés théorie de
lapprentissage MEMOLAB

• Tenir compte des possibilités dacquisition de
  connaissances (apprentissage).
• Tenir compte des possibilités de mémorisation de
  ces connaissances (cognition).
• MEMOLAB
• Simulation dexpérience sur la mémoire humaine.
• Apprentissage de la démarche expérimentale
• Système progressif (propose une évolution dans
  lacquisition des connaissances par niveaux de
  complexité.
• Apprentissage seffectue en franchissant
  progressivement les différents niveaux de la
  pyramide (chaque niveau contient des séquences
  composés dune classe de problèmes, dun langage
  dactions, dun langage de représentations et
  dexercices.

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• Les 4 niveaux
• Niveau 0 Utilisation de linterface,
  construction dun événement (les sujets, le
  matériel, la tâche et la mesure associée à cette
  tâche).
• Niveau 1 Identification des sources de
  variations, début de lexpérience, construction à
  partir des événements de séquences significatives
  (paradigmes).
• Niveau 2 Comparaison et modification en ne
  faisant varier quun seul paramètre à la fois
  (langage de description).
• Niveau 3 Le sujet maîtrise les comparaisons
  (création dun plan dexpériences sur lécran).
  
• Le passage dun niveau de la pyramide à un niveau
  supérieur est lié à la substitution dun langage
  de commande par un langage de description.
• Ce système prend en compte la richesse et la
  complexité des processus cognitifs impliqués dans
  lenseignement (mécanisme de découverte, rôle de
  lentraînement, raisonnement par analogie et
  guidage.

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10 - Architecture du modélisateur du système ET
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• Inconvénients
• Amplification des erreurs et des préjugés
  pédagogiques traditionnels
• Imposition dun état desprit figé
• Apprendre à se heurter à des difficultés réelles
  non fractionnées et à les surmonter lui-même
• Élève devient paresseux.
• Applications récentes des NTIC dans
  lenseignement qui offrent des outils conceptuels
  et technologiques précieux dans la conception, la
  gestion et lanalyse des situations
  denseignement.
• Le recours aux outils des TIC permet la prise en
  compte de certaines variables de commande
  (variables de tâches et variables didactiques
  verrouillage de certaines touches) dans
  lanalyse et la réalisation des situations
  denseignement.

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11 - Les Différents types d'apprentissage

• Apprentissage par
• Détection de similarité
• Recherche dexplication
• Empirique/rationnel
• Déductif et inductif
• Analogie
• IA et les réseaux de neuronnes (mono-couche,
  multi-couches, Hopfield, Kohonon) peuvent être
  dune grande utilité pour créer un système
  dEIAO.
• Architecture des tuteurs intelligents
• Modélisation du domaine denseignement
• Modélisation des stratégies pédagogiques
• Construction de modèles délèves
• Interface élève-machine

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12 - Chronologie d'un projet EIAO

1. Phase de mise en place dune équipe de recherche
   pluridisciplinaire
2. Phase de conception dun environnement
   dapprentissage
3. Phase de développement (de compromis)
4. Phase de remise en cause
5. Phase de validation du système

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13 - Exemples de systèmes d' EIAO

1. Modèle ACT (1983) Geometry Tutor et Lisp Tutor
2. TAPS (Training in Arithmetic Problem Solving)
3. SCHOLAR, SOPHIE, DECIDER (Systèmes Experts
   denseignement de la Pédagogie)
4. GUIDON (système de production modèle de
   compétence formalisable Si condition alors
   action etc.)
5. WUSOR (Tutoriel , modèle de recouvrement)
6. DEBUGGY et IDEBUGGY système de Buggy model (
   Modèle derreurs)
7. SELF (modèle de lélève)
8. Tous les didacticiels dapprentissage de Windows.

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14 - Conclusions Bibliographie

• Lanalyse des réponses faites au clavier pose un
  problème. La solution de facilité consiste à
  pratiquer le QCM traditionnel mais elle nest pas
  toujours suffisante. Les systèmes experts et
  lintelligence artificielle devraient faire
  merveille.
• Le didacticiel devrait éviter toute tentative de
  fraude et être réutilisable à linfini.
• Les techniques de mise en oeuvre sont bien
  connues mots de passe hiérarchisés,
  dénombrement des réponses permises , choix
  aléatoires des questions parmi un ensemble très
  riche et constamment renouvelé, etc.
• Bibliographie
• Bulletin trimestriel de lEPI
• EAO étude comparative TSI n2, 1987
• IPT 1985
• COMMETT manuel des procédures 1986-87
• Delta initial studies
• Bibliothèque de logiciels éducatifs CESTA
• Didactèque CLEO
• Internet sous Yahoo faire la recherche sur le mot
  EIAO
• EAO technique de lIngénieur revue