Environnements informatiques pour l
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Environnements informatiques pour l'apprentissage humain (Traité IC2, série Cognition et traitement de l'information)

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Description

Au moment où les dispositifs d'éducation et de formation sont en voie d'être profondément bouleversés par les sciences et technologies de l'information et de la communication, ce livre propose un ensemble de connaissances relatives aux Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain. Elles ont vocation à servir de fondement aux travaux de recherche et développement du domaine ainsi que de référence à la réflexion des décideurs. Il est organisé en trois parties : Principes et modèles fondateurs est consacré aux modèles issus des sciences humaines et sociales (théories pédagogiques et didactique) ainsi qu'aux modèles informatiques (modèles des scénarios pédagogiques, de l'apprenant, de la gestion de l'interaction). Vers une ingénierie pour les EIAH présente les méthodes et outils qui permettent de produire des systèmes opérationnels à un coût acceptable. Exemples de systèmes et de familles de systèmes présente des recherches plus finalisées et décrit quelques systèmes français opérationnels et largement diffusés.
Introduction -M. GRANDBASTIEN, J.-M. LABAT. Principes et modèles fondateurs. Chapitre 1. Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH -E. DE VRIES, J. BAILLE. Chapitre 2. Les EIAH à la lumière de la didactique -V. LUENGO, L. VADCARD, N. BALACHEFF. Chapitre 3. Contrôle de l'activité de l'apprenant : suivi, guidage pédagogique et scénarios d'apprentissage -J.-M. LABAT, J.-Ph. PERNIN, V. GUERAUD. Chapitre 4. Représentation des connaissances de l'apprenant -M. HIBOU, D. PY. Chapitre 5. Gestion de l'interaction et modèles de dialogues -M. BAKER, A. BRONNER, J. LEHUEN, M. QUIGNARD. Vers une ingénierie pour les EIAH. Chapitre 6. Introduction à l'ingénierie des EIAH -P. TCHOUNIKINE. Chapitre 7. Une ingénierie des EIAH fondée sur des ontologies -C. DESMOULINS, M. GRANDBASTIEN. Chapitre 8. Infrastructure des environnements informatiques pour l'apprentissage distribué -A DERYCKE, F. HOOGSTOEL, Y. PETER, Th. VANTROYS. Chapitre 9. Normes et standards pour la conception, la production et l'exploitation des EIAH -J.-Ph. PERNIN. Chapitre 10. Interfaces en EIAH -E. DELOZANNE. Chapitre 11. Réalité virtuelle et apprentissage -D. MELLET-d'HUART, G. MICHEL. Chapitre 12. Usages en milieu scolaire : caractérisation, observation et évaluation -E. BRUILLARD, G.-L. BARON. Exemples de systèmes et de familles de systèmes. Chapitre 13. Les simulations pour la formation -M. JOAB, V. GUERAUD, O. AUZENDE. Chapitre 14. Micromondes et robotique pédagogique -P. LEROUX. Chapitre 15. Aplusix, un EIAH de l'algèbre -D. BOUHINEAU, J.-F. NICAUD. Chapitre 16. Genèse et développement de Cabri-géomètre, environnement de géométrie dynamique -C. LABORDE, J.-M. LABORDE. Index. Liste des sigles relevant du domaine des EIAH.

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 10 avril 2006
Nombre de lectures 265
EAN13 9782746237643
Langue Français
Poids de l'ouvrage 17 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,093€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Exrait

Environnements informatiques
pour l’apprentissage humain© LAVOISIER, 2006
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris
www.hermes-science.com
www.lavoisier.fr
ISBN 2-7462-1171-8
Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5, d'une
part, que les "copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non
destinées à une utilisation collective" et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations
dans un but d'exemple et d'illustration, "toute représentation ou reproduction intégrale, ou
partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est
illicite" (article L. 122-4). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce
soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du
Code de la propriété intellectuelle.
Tous les noms de sociétés ou de produits cités dans cet ouvrage sont utilisés à des fins
d’identification et sont des marques de leurs détenteurs respectifs.
Printed and bound in England by Antony Rowe Ltd, Chippenham, March 2006.Environnements informatiques
pour l’apprentissage humain
sous la direction de
Monique Grandbastien
Jean-Marc LabatIl a été tiré de cet ouvrage
45 exemplaires hors commerce réservés
aux membres du comité scientifique,
aux auteurs et à l’éditeur
numérotés de 1 à 45Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
sous la direction de Monique Grandbastien et Jean-Marc Labat
fait partie de la série COGNITION ET TRAITEMENT DE L’INFORMATION
dirigée par Jean-Marie Pierrel
TRAITÉ IC2 INFORMATION – COMMANDE – COMMUNICATION
sous la direction scientifique de Bernard Dubuisson
Le traité Information, Commande, Communication répond au besoin
de disposer d'un ensemble complet des connaissances et méthodes
nécessaires à la maîtrise des systèmes technologiques.
Conçu volontairement dans un esprit d'échange disciplinaire, le traité IC2
est l'état de l'art dans les domaines suivants retenus par le comité
scientifique :
Réseaux et télécoms
Traitement du signal et de l'image
Informatique et systèmes d'information
Systèmes automatisés et productique
Management et gestion des STICS
Cognition et traitement de l’information
Chaque ouvrage présente aussi bien les aspects fondamentaux
qu'expérimentaux. Une classification des différents articles contenus
dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur
vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour
ses réflexions ou pour ses choix.
Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont
été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour
la qualité des résultats obtenus dans le cas d'expérimentations réelles.Liste des auteurs
Odette AUZENDE Elisabeth DELOZANNE
LIP6 CRIP5
Université Pierre et Marie Curie Université René Descartes
et Université Paris 2 Paris
Jacques BAILLÉ Alain DERYCKE
Laboratoire des sciences TRIGONE
de l’éducation Université Lille 1
Université Pierre Mendès France
Grenoble Cyrille DESMOULINS
CLIPS-IMAG
Michael BAKER Université Joseph Fourier
LEAPLE, CNRS Grenoble
et Université René Descartes
Paris Erica DE VRIES
Laboratoire des sciences
Nicolas BALACHEFF de l’éducation
Leibniz-IMAG Université Pierre Mendès France
CNRS Grenoble
Grenoble
Monique GRANDBASTIEN
Georges-Louis BARON LORIA-AIDA
EDA Université Henri Poincaré
Université René Descartes Nancy 1
Paris
Viviane GUÉRAUD
Denis BOUHINEAU CLIPS-IMAG
Leibniz-IMAG Université Stendahl
Université Joseph Fourier Grenoble
Grenoble
Mathieu HIBOU
Alain BRONNER CRIP5
LIRDEF Université René Descartes
IUFM-Montpellier Paris
Eric BRUILLARD Frédéric HOOGSTOEL
STEF, ENS-Cachan TRIGONE
INRP-Lyon Université Lille 1
IUFM-CréteilMichelle JOAB Jean-François NICAUD
LIRMM Leibniz-IMAG
Université Montpellier 2 Université Joseph Fourier
Grenoble
Jean-Marc LABAT
LIP6 Jean-Philippe PERNIN
Université Pierre et Marie Curie INRP-Lyon
Paris et CLIPS-IMAG
Grenoble
Colette LABORDE
ERTe IAM Yvan PETER
Université Joseph Fourier TRIGONE
et IUFM-Grenoble Université Lille 1
Jean-Marie LABORDE Dominique PY
CNRS LIUM
Grenoble Université du Maine
Le Mans
Jérôme LEHUEN
LIUM Matthieu QUIGNARD
Université du Maine LORIA, CNRS
Le Mans Nancy
Pascal LEROUX Pierre TCHOUNIKINE
LIUM LIUM
Université du Maine Université du Maine
Le Mans Le Mans
Vanda LUENGO Lucile VADCARD
CLIPS-IMAG CLIPS et Leibniz-IMAG
Université Joseph Fourier Université Joseph Fourier
Grenoble Grenoble
Daniel MELLET-d’HUART Thomas VANTROYS
Unité Veille sur la Réalité TRIGONE
Virtuelle Université Lille 1
AFPA-Montreuil
CERV-Brest
Georges MICHEL
Institut national des métiers
de la formation
AFPA
IstresTable des matières
Introduction. ....................................... 17
Monique GRANDBASTIEN et Jean-Marc LABAT
PREMIÈRE PARTIE. Principes et modèles fondateurs............... 25
Chapitre 1. Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH....... 27
Erica DE VRIES et Jacques BAILLÉ
1.1. Introduction.................................... 27
1.2. Modèles et théories dans le champ des EIAH................ 29
1.3. Les principales théories............................. 30
1.3.1. Les « béhaviorismes ».......................... 31
1.3.2. Les cognitivismes 33
1.3.3. Les constructivismes ........................... 36
1.4. Conclusion 41
1.5. Bibliographie ................................... 43
Chapitre 2. Les EIAH à la lumière de la didactique............... 47
Vanda LUENGO, Lucile VADCARD et Nicolas BALACHEFF
2.1. Susciter et attester des apprentissages .................... 47
2.1.1. Le point de vue de la didactique 47
2.1.2. La prise en compte des connaissances dans les EIAH ....... 51
2.2. Comment savoir ce qui est appris et le valider ............... 56
2.2.1. Identifier un savoir opératoire...................... 56
2.2.2. L’EIAH, élément du milieu ....................... 58
2.3. La production d’interactions pertinentes................... 61
2.3.1. La connaissance émerge de l’interaction 61
2.3.2. La production d’interactions pertinentes dans un EIAH ...... 62
2.4. Conclusion .................................... 64
2.5. Bibliographie ................................... 66

















10 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Chapitre 3. Contrôle de l’activité de l'apprenant :
suivi, guidage pédagogique et scénarios d'apprentissage............ 69
Jean-Marc LABAT, Jean-Philippe PERNIN et Viviane GUÉRAUD
3.1. Introduction.................................... 69
3.1.1. Cybernétique, enseignement programmé et technologies éducatives 70
3.1.2. Intelligence artificielle et éducation.................. 71
3.1.3. Informatique interactive, hypermédia et objets d'apprentissage . . 71
3.1.4. Généralisation des réseaux et des communications ......... 72
3.2. Les différentes dimensions du contrôle de l'activité ............ 72
3.2.1. La nature de la situation à contrôler est-elle individuelle ou collective ? 73
3.2.2. Quels sont les types de connaissances visés ? 73
3.2.3. A quel niveau de granularité les situations sont-elles contrôlées ? 73
3.2.4. A qui est délégué le contrôle de la situation ? ............ 74
3.3. Les principales stratégies de contrôle .................... 75
3.3.1. Contrôle centré sur le comportement de l'apprenant ........ 75
3.3.2. Contrôle centré sur le raisonnement et les connaissances ..... 77
3.3.3. Contrôle dans le cadre d’interactions au sein d’un réseau d’acteurs 83
3.4. Conclusion .................................... 92
3.5. Bibliographie ................................... 92
Chapitre 4. Représentation des connaissances de l’apprenant ........ 97
Mathieu HIBOU et Dominique PY
4.1. Introduction 97
4.2. Modèle conceptuel : des connaissances aux émotions........... 98
4.2.1. Modèle de l’activité............................ 99
4.2.2. Modèle comportemental et épistémique................ 99
4.2.3. Modèle des plans et des intentions ................... 100
4.2.4. Modèle des heuristiques ......................... 100
4.2.5. Modèle des motivations 101
4.3. Elaboration et mise à jour du modèle de l’apprenant ........... 101
4.3.1. Etapes d’élaboration ........................... 102
4.3.2. Niveaux de diagnostic .......................... 102
4.3.3. Sources d’information.......................... 103
4.3.4. Modes de diagnostic 104
4.3.5. Les théories des bugs 104
4.4. Modèles computationnels de diagnostic ................... 105
4.4.1. Modèles symboliques 106
4.4.2. Modèles numériques 109
4.5. Conclusion .................................... 115
4.6. Bibliographie ................................... 115

















Table des matières 11
Chapitre 5. Gestion de l’interaction et modèles de dialogues ......... 117
Michael BAKER, Alain BRONNER, Jérôme LEHUEN et Matthieu QUIGNARD
5.1. Introduction et aperçu historique ....................... 117
5.2. Les interactions entre apprenants médiées/médiatisées par l’EIAH . . . 119
5.2.1. Les théories et modèles de l’apprentissage coopératif ....... 119
5.2.2. Les environnements informatiques d’apprentissage coopératif
(«EIAC»)...................................... 120
5.3. Les dialogues élèves-EIAH .......................... 123
5.3.1. Principes .................................. 124
5.3.2. Modèles de dialogue ........................... 126
5.3.3. Conclusions ................................ 129
5.4. Les interactions élève-milieu ......................... 130
5.4.1. Introduction 130
5.4.2. Les contraintes internes et à l’interface sur les interactions sujet-EIAH 130
5.4.3. Les contraintes génériques sur les interactions sujet-milieu
dans une situation didactique .......................... 131
5.4.4. Limites et perspectives 133
5.5. Conclusion .................................... 134
5.6. Bibliographie ................................... 134
DEUXIÈME PARTIE. Vers une ingénierie pour les EIAH ............. 139
Chapitre 6. Introduction à l’ingénierie des EIAH ................ 141
Pierre TCHOUNIKINE
6.1. Introduction 141
6.2. Définition et analyse du concept d’ingénierie des EIAH ......... 144
6.2.1. Définition.................................. 144
6.2.2. Nature de l’ingénierie des EIAH .................... 144
6.2.3. Modèles et articulation de modèles pour la conception des EIAH 146
6.3. Les questions fondamentales sous-jacentes à l’ingénierie des EIAH . . 148
6.3.1. La question de la nature disciplinaire ou pluridisciplinaire
du processus de conception ........................... 148
6.3.2. La question des savoirs de référence.................. 150
6.3.3. La question de l’évaluation ....................... 151
6.4. L’ingénierie des dimensions orientées « pédagogie » ........... 152
6.4.1. Cadre général ............................... 152
6.4.2. Exemple .................................. 152
6.5. L’ingénierie des dimensions orientées « performance ».......... 154
6.5.1. Cadre général 154
6.5.2. Etat de l’ingénierie ............................ 155
6.5.3. Problèmes fondamentaux de la constitution d’une ingénierie . . . 155
6.6. Conclusion .................................... 157
6.7. Bibliographie ................................... 158

























12 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Chapitre 7. Une ingénierie des EIAH fondée sur des ontologies ....... 161
Cyrille DESMOULINS et Monique GRANDBASTIEN
7.1. Introduction.................................... 161
7.2. Ingénierie fondée sur des ontologies pour les EIAH............ 162
7.2.1. Les motivations de l’ingénierie ontologique en informatique . . . 162
7.2.2. Les motivations de l’ingénierie ontologique pour les EIAH .... 163
7.3. Analyse de l’existant .............................. 165
7.3.1. Les précurseurs 165
7.3.2. Des exemples de projets ......................... 165
7.3.3. Approches en cours et perspectives .................. 167
7.4. IMAT : construction de manuels de formation fondée sur des ontologies . 168
7.4.1. Contexte et objectifs ........................... 168
7.4.2. Un processus informatisé de conception de document
de formation professionnelle à base d’ontologies .............. 168
7.4.3. Construction des ontologies du projet IMAT............. 171
7.4.4. Les assistants logiciels dans le processus IMAT........... 176
7.5. Conclusion .................................... 178
7.6. Bibliographie ................................... 179
Chapitre 8. Infrastructure des environnements informatiques
pour l’apprentissage distribué ............................ 181
Alain DERYCKE, Frédéric HOOGSTOEL, Yvan PETER, Thomas VANTROYS
8.1. Introduction 181
8.1.1. Evolution des EIAH vers la notion d’infrastructure ......... 182
8.1.2. La notion d’infrastructure pour les EIAH ............... 183
8.1.3. Les choix effectués pour la rédaction de ce chapitre ........ 183
8.2. Evolution des plates-formes technologiques spécifiques
à l’apprentissage collaboratif 184
8.2.1. Les propriétés fondamentales des plates-formes
d’apprentissage collaboratif........................... 184
8.2.2. Evolution des solutions techniques mises en œuvre......... 186
8.3. Etat actuel des plates-formes technologiques et infrastructures
pour l’apprentissage distribué............................ 188
8.3.1. Infrastructure distribuée, composants logiciels et services ..... 188
8.3.2. Application à la gestion des activités d’apprentissage ....... 191
8.4. Perspectives actuelles de la recherche sur les infrastructures
technologiques pour les dispositifs de formation avec des EIAH....... 194
8.4.1. La décentralisation des solutions et le passage à grande échelle . 195
8.4.2. L’évolution continue de ces infrastructures pour accompagner
les changements liés aux usages ........................ 196
8.4.3. L’émergence d’une informatique ubiquitaire............. 196
8.5. Bibliographie ................................... 198

























Table des matières 13
Chapitre 9. Normes et standards pour la conception,
la production et l’exploitation des EIAH...................... 201
Jean-Philippe PERNIN
9.1. Introduction.................................... 201
9.2. Généralités sur les normes........................... 202
9.2.1. Qu’est-ce qu'une norme ? ........................ 202
9.2.2. Le processus et les acteurs de la standardisation et de la normalisation 203
9.3. Les travaux de standardisation dans le champ
des technologies numériques pour l'éducation .................. 204
9.3.1. Les principaux objectifs poursuivis 204
9.3.2. Historique et acteurs de la standardisation .............. 205
9.3.3. Un paysage complexe .......................... 207
9.3.4. Les principales thématiques et les chantiers en cours ........ 209
9.4. Objets d'apprentissage, activités et standardisation ............ 211
9.4.1. Pourquoi la notion d’objet d’apprentissage est-elle fédératrice ? . 211
9.4.2. La proposition LOM ........................... 211
9.4.3. La proposition SCORM......................... 212
9.4.4. La proposition IMS Learning Design ................. 214
9.4.5. Synthèse sur le concept d’objet d’apprentissage vu par le LOM,
SCORM et IMS LD................................ 217
9.5. Conclusion : que faire des travaux de standardisation
dans la recherche en EIAH ? ............................ 219
9.5.1. Comprendre les enjeux et les risques de la démarche de standardisation 219
9.5.2. Intégrer et évaluer les propositions de standard dans les pratiques
de recherche .................................... 220
9.5.3. Participer à la clarification des concepts et à l'élaboration des standards 220
9.6. Bibliographie ................................... 221
Chapitre 10. Interfaces en EIAH........................... 223
Elisabeth DELOZANNE
10.1. Introduction 223
10.2. Importance de l’IHM en EIAH ....................... 224
10.2.1. L’utilisabilité............................... 225
10.2.2. Apprentissage, EIAH et interface .................. 226
10.2.3. Interagir avec des artefacts : approches instrumentales
et médiationnelles ................................ 226
10.2.4. Interagir avec d’autres au travers d’artefacts ........... 227
10.2.5. Spécificité des IHM en EIAH ..................... 227
10.3. La prise en compte des utilisateurs dans la conception......... 229
10.3.1. Conception centrée utilisateur (CCU)................ 230
10.3.2. Conception participative (CP) 233
10.4. Méthodes de conception ........................... 235
10.4.1. Conception itérative 235



















14 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
10.4.2. Le prototypage .............................. 237
10.4.3. Conception fondée sur des scénarios ................. 239
10.4.4. Conception fondée sur des modèles de tâches ........... 241
10.5. Evaluation des IHM en EIAH ........................ 242
10.6. Conclusion ................................... 244
10.7. Bibliographie .................................. 244
Chapitre 11. Réalité virtuelle et apprentissage .................. 249
Daniel MELLET-d’HUART et Georges MICHEL
11.1. Caractéristiques générales .......................... 250
11.1.1. Définition ................................. 250
11.1.2. Applications orientées vers l’apprentissage.............. 252
11.2. Les apports de la réalité virtuelle à l'apprentissage............. 253
11.2.1. Les apports partagés ........................... 253
11.2.2. Les apports spécifiques ......................... 254
11.2.3. CS WAVE ................................ 257
11.2.4. Virtual Technical Trainer ....................... 260
11.2.5. Développements actuels ........................ 262
11.3. Conclusion ................................... 263
11.4. Bibliographie .................................. 264
Chapitre 12. Usages en milieu scolaire : caractérisation, observation et évaluation 269
Eric BRUILLARD et Georges-Louis BARON
12.1. Caractérisation et genèse des usages .................... 269
12.1.1. Repères sur la notion d’usage ..................... 270
12.1.2. Quels déterminants dans la genèse des usages ? .......... 272
12.2. Différents types d’usage des technologies ................. 275
12.2.1. Technologie éducative ......................... 276
12.2.2. Instruments généraux .......................... 277
12.2.3. Instruments disciplinaires ....................... 278
12.3. De l’invention à la scolarisation 279
12.3.1. Modèles de scolarisation et de banalisation ............. 279
12.3.2. Facteurs critiques d’évolution ..................... 280
12.4. Conclusion ................................... 282
12.5. Bibliographie .................................. 283
TROISIÈME PARTIE. Exemples de systèmes et de familles de systèmes.... 285
Chapitre 13. Les simulations pour la formation ................. 287
Michelle JOAB, Viviane GUÉRAUD et Odette AUZENDE
13.1. Introduction ................................... 287



























Table des matières 15
13.2. Apprendre avec des simulations ....................... 290
13.2.1. Contextes d’apprentissage 290
13.2.2. Motivations, approches et objectifs pédagogiques ......... 291
13.2.3. Apprentissage par la découverte ................... 292
13.2.4. Apprentissage par la résolution de problèmes ........... 293
13.3. Approches de conception ........................... 295
13.4. Approche auteur pour la production de simulations pour la formation 296
13.4.1. MARS, un modèle de conception 296
13.4.2. Environnements auteurs ........................ 297
13.4.3. Discussion ................................ 300
13.5. Conception de logiciels spécifiques : approche et méthodes ...... 302
13.5.1. Types de tâches ............................. 302
13.5.2. Fidélité de la simulation 303
13.5.3. Les scénarios de simulation...................... 304
13.5.4. Evaluation des apprenants ....................... 304
13.5.5. Modèles de simulation ......................... 304
13.5.6. Conception logicielle .......................... 303
13.6. Conclusion ................................... 306
13.7. Bibliographie .................................. 306
Chapitre 14. Micromondes et robotique pédagogique.............. 311
Pascal LEROUX
14.1. Les différentes approches de la robotique pédagogique ......... 312
14.1.1. L’approche lunette cognitive ..................... 312
14.1.2. L’approche technologique ....................... 313
14.1.3. L’approche micromonde ........................ 313
14.1.4. Vers une ingénierie éducative de la robotique pédagogique . . . 314
14.2. Domaine d’étude des travaux 315
14.2.1. Contextes de formation et domaines d’apprentissage ....... 316
14.2.2. Publics cibles............................... 317
14.2.3. Problématiques étudiées 318
14.3. Fondements de l’approche micromonde : la méthode ATRIUM.... 319
14.3.1. Gamme d’outils ............................. 319
14.3.2. Gamme d’activités ........................... 320
14.3.3. Diversité des compétences travaillées ................ 322
14.3.4. La méthode pédagogique ATRIUM ................. 323
14.4. Des micromondes en robotique pédagogique ............... 324
14.4.1. Déclinaison et spécification des activités en formation ...... 324
©14.4.2. Les ressources pédagogiques dans le micromonde RoboTeach 325
14.4.3. Structuration et planification des activités.............. 327
©14.4.4. Mises à l’essai, utilisation et évolution de RoboTeach ...... 328
14.5. Conclusion ................................... 330
14.6. Bibliographie .................................. 331






























16 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Chapitre 15. Aplusix, un EIAH de l’algèbre.................... 333
Denis BOUHINEAU et Jean-François NICAUD
15.1. Introduction ................................... 333
15.2. Rapide tour d’horizon sur les utilisations en classe de l’ordinateur
pour l’enseignement de l’algèbre.......................... 334
15.3. Principaux objectifs et principes de conception d’Aplusix ....... 336
15.4. Définition des micromondes algébriques.................. 338
15.4.1. Micromonde des expressions algébriques .............. 339
15.4.2. Micromonde des raisonnements algébriques par équivalence . . 342
15.5. Ergonomie et paramétrisation : éléments de l’interface ......... 343
15.6. Rétroactions épistémiques 344
15.7. Expérimentations................................ 346
15.8. Conclusion ................................... 348
15.9. Bibliographie .................................. 349
Chapitre 16. Genèse et développement de Cabri-géomètre,
environnement de géométrie dynamique...................... 351
Colette LABORDE et Jean-Marie LABORDE
16.1. Propos du chapitre ............................... 351
16.2. Genèse du projet Cabri ............................ 351
16.3. Naissance et développement de Cabri-géomètre ............. 354
16.3.1. Description rapide de Cabri-géomètre ................ 354
16.3.2. Déroulement du projet Cabri-géomètre sur vingt ans ....... 357
16.4. Principes de conception : micromonde de géométrie et manipulation directe. 359
16.4.1. Micromondes 359
16.4.2. Manipulation directe .......................... 360
16.4.3. Connaissances mathématiques embarquées et rétroactions.... 361
16.4.4. Exemples de problèmes posés aux concepteurs
dans les choix d’interface ............................ 364
16.4.5. La représentation des objets du domaine de connaissances.... 367
16.5. Usages dans l'enseignement et la recherche ................ 368
16.5.1. Première phase : scepticisme (1985-1990) ............. 368
16.5.2. Seconde phase : la géométrie dynamique, source
et outil de résolution de problèmes ...................... 370
16.5.3. Troisième phase : large diffusion et intégration
dans l’enseignement ............................... 374
16.6. Conclusion ................................... 377
16.7. Bibliographie .................................. 378
Index ............................................ 381
Liste des sigles relevant du domaine des EIAH .................. 383
























Introduction
Les dispositifs d‘éducation et de formation sont en voie d’être profondément
bouleversés par les sciences et technologies de l’information et de la communication
(STIC). Certes, on a souvent annoncé que l’ordinateur allait à lui seul résoudre les
problèmes récurrents des systèmes éducatifs, et il n’en a évidemment rien été. Plus
récemment, la diffusion potentiellement planétaire de ressources numériques
destinées à la formation, les enjeux économiques et culturels qui lui sont liés, font à
nouveau l’objet de discours souvent incantatoires. Comme s’il suffisait de mettre la
connaissance à la disposition des humains pour qu’ils apprennent ! Ces phénomènes
sont connus. J. Perriault remarque par exemple dans son ouvrage l’accès au savoir
en ligne que « toute nouveauté engendre aussitôt des discours et pratiques
utopiques ».
Cependant les sites qui offrent à des communautés petites ou grandes des
ressources éducatives et qui favorisent ainsi échanges et mutualisation sont une
réalité. Des espaces numériques de travail sont peu à peu installés dans les
universités, les portails dédiés à la formation « tout au long de la vie » se multiplient
sur la Toile, des cours en ligne et des logiciels pédagogiques sont exploités
quotidiennement. La conception et la mise à disposition de ressources de formation
en ligne utilisables « juste au bon moment », en autonomie complète ou avec
l’accompagnement d’un tuteur, sont des pratiques désormais courantes, notamment
dans les grandes entreprises nationales et multinationales. Les STIC sont bien
entrées dans le monde de la formation, mais existe-t-il une ossature commune
derrière la variété d’applications évoquées, et dans l’affirmative, comment
l’identifier ?
Le poste de travail connecté à Internet a remplacé l’ordinateur individuel, les
ressources mises à disposition en ligne au travers de portails dédiés à la formation

Introduction rédigée par Monique GRANDBASTIEN et Jean-Marc LABAT. 18 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
ont supplanté les cdrom, les services sur téléphones mobiles de dernière génération
font leur entrée en scène, et chaque mois apporte son lot d’innovations
technologiques. Dans ce contexte de course perpétuelle à l’évolution technologique,
la plupart des acteurs n’arrive pas à prendre le recul nécessaire à l’identification et à
l’assimilation des modèles, outils et bonnes pratiques qui peu à peu modifient
l’accès et la forme des contenus enseignés ainsi que les façons d’apprendre et de
former.
Des repères stables
Face à cette réalité, le présent ouvrage a pour objectif de proposer des repères
stables. En amont de tous les développements actuels et futurs du secteur de
l’apprentissage en ligne et des ressources numériques de formation, il apporte un
ensemble de connaissances. Ces connaissances ont vocation à servir de fondement aux
travaux de recherche et développement et aussi de référence à la réflexion des
décideurs. En effet, au-delà des effets d’annonce et du sentiment déroutant de course
technologique permanente, un ensemble de connaissances s’est construit au fil des ans.
Plusieurs numéros spéciaux de revues francophones ont présenté récemment des
panoramas thématiques, par exemple Distances et Savoirs sur « les normes et
standards pour la formation » en 2004 et « le tutorat en formation à distance » en
2005 ou bien STICEF sur « Technologies et formation à distance » en 2003.
D’autres vont paraître sur les plates-formes pour la formation ou les campus
numériques développés dans les universités. Il devient donc opportun de présenter
de façon synthétique ces acquis, principaux résultats des recherches conduites dans
ce secteur. Ces résultats vont constituer le socle commun des nouvelles recherches
dans le domaine des EIAH (environnements informatiques pour l’apprentissage
humain) ainsi que les bases pour une ingénierie des EIAH.
Le domaine couvert
Le champ couvert est celui des environnements informatiques pour
l’apprentissage humain. Nous en donnons la définition large suivante : le champ
scientifique des EIAH correspond aux travaux focalisés sur les environnements
informatiques dont la finalité explicite est de susciter et d’accompagner
l’apprentissage humain, c’est-à-dire la construction de connaissances chez un
apprenant. Ce type d’environnement mobilise des agents humains (élève,
enseignant, tuteur) et artificiels (agents informatiques, qui peuvent eux aussi tenir
différents rôles) et leur offre des situations d’interaction, localement ou à travers les
réseaux informatiques, ainsi que des conditions d’accès à des ressources formatives
(humaines et/ou médiatisées), ici encore locales ou distribuées. Il comprend les 19 Introduction
questions scientifiques et technologiques soulevées par la conception, la réalisation
et l’évaluation de ces environnements, ainsi que la compréhension de leurs impacts
sur la connaissance, la personne et la société.
Ce terme d’EIAH a été proposé par la communauté scientifique française à la fin
des années 1990 comme concept intégrateur, à la suite d’autres sigles plus anciens
ou plus spécifiques. La spécificité de l’apprentissage humain et celle de l’espace
créé par la rencontre de l’informatique et des télécommunications déterminent la
problématique actuelle des travaux sur les environnements informatiques
d’apprentissage humain. Ils comprennent notamment les modélisations cognitives,
didactiques et pédagogiques, les différentes catégories d’environnements proposés
(par exemple les didacticiels, les hypermédias éducatifs, les micro-mondes), les
outils et systèmes supports (systèmes auteurs, plates-formes supports de formation
en ligne), les impacts sociaux, culturels et éthiques.
Ce champ se situe à l‘interface de l‘informatique et des disciplines impliquées
dans l‘étude des phénomènes d‘éducation et de formation (pédagogie, didactique,
épistémologie, psychologie, sciences du langage, ergonomie, sociologie, etc.) Mais
les liens à identifier et à exploiter entre ces disciplines sont complexes. En effet,
dans l’état actuel des connaissances, la conception et la réalisation d’un EIAH ne
peuvent être vues comme la simple réalisation informatique d’une spécification
produite par des acteurs des sciences humaines. Il n’existe pas de découpage simple
entre disciplines, une imbrication forte reste nécessaire, imbrication qui pose des
problèmes spécifiques et qui nécessite de chacun une compréhension suffisante des
concepts, méthodes et outils manipulés par les autres. Une des ambitions de cet
ouvrage est de faciliter une telle compréhension et de contribuer à la prise de
conscience de la complexité des relations que cela entraîne au sein des équipes
pluridisciplinaires.
Les auteurs
Cet ouvrage a bénéficié de la collaboration de plus de trente chercheurs du
domaine. Le travail de synthèse dont il rend compte a été en fait entrepris dans le
cadre de la création du réseau thématique pluridisciplinaire « apprentissage,
éducation, formation » (RTP 39) du département STIC du CNRS en décembre 2001.
Ce réseau, animé par Nicolas Balacheff, a mis en place des écoles d’été thématiques
à destination des chercheurs du domaine. La première d’entre elles a eu lieu en
juillet 2003 avec pour sujet « théories et méthodes pour la conception, l’évaluation
et l’usage d’environnements informatiques pour l’apprentissage humain ». Les cours
donnés à cette école, dont l’animation pédagogique était assurée par Pascal Leroux,
ont donc naturellement constitué le noyau de cet ouvrage. Cette première école ne
couvrant pas l’ensemble du champ, l’équipe des auteurs a été élargie à d’autres
20 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
acteurs du RTP 39 de façon à présenter aux lecteurs un panorama relativement
complet de l’existant. C’est ainsi que le contenu de certains chapitres ont servi de
base à des cours de l’école d’été tenue en 2005 alors que d’autres ont été sollicités
spécialement pour cet ouvrage. Dans tous les cas, la rédaction en est originale.
Il faut encore signaler que le RTP 39 est à l’initiative de la création du réseau
d’excellence européen Kaléidoscope dont beaucoup des auteurs sont membres, et
qui réunit des chercheurs européens de plus de soixante laboratoires. Ces
collaborations garantissent une bonne connaissance des travaux des laboratoires
partenaires au niveau international.
Le public cible
L’ouvrage s’adresse aux étudiants de master et doctorat en informatique, en
sciences cognitives, sciences de l’éducation, en didactique des disciplines, en
sciences de l’information dans le champ des technologies numériques pour la
formation. Ils y trouveront l’essentiel des savoirs et savoir-faire qui leur sont
nécessaires, ainsi que de nombreuses références pertinentes pour approfondir les
sujets abordés. Ils y apprendront à se forger les outils conceptuels et
méthodologiques nécessaires à l’interaction des disciplines fondatrices.
Il s’adresse également aux décideurs, aux professionnels concepteurs
d’environnements ou formateurs utilisateurs de ces artéfacts désireux d’avoir des
références un peu stables dans un secteur où un effet d’annonce en chasse un autre
tous les six mois.
Il voudrait également contribuer à fédérer autour de ce socle commun un large
ensemble de chercheurs et de professionnels des technologies et de la formation,
faciliter les échanges d’idées et les coopérations.
L’approche retenue
Dans un champ aussi vaste et varié, il a cependant fallu faire des choix. Nous ne
proposons pas d’historique général du domaine. D’autres auteurs l’ont fait, par
exemple E. Bruillard en 1995 dans un ouvrage intitulé Les machines à enseigner. Il
y a traité des applications de l’informatique à l’éducation et a retracé de façon très
complète l’évolution des idées dans ce domaine. Pour la période plus récente, les
auteurs de chaque chapitre apportent les repères historiques jugés nécessaires à la
bonne compréhension des concepts. 21 Introduction
Certains points abordés au fil du texte auraient pu faire l’objet de chapitres
spécifiques, c’est par exemple le cas des hypermédias adaptatifs, mais un autre
ouvrage de la collection leur est consacré. C’est aussi le cas des dialogues en langue
naturelle ou des applications à l’enseignement des langues vivantes. Au niveau des
réalisations décrites, nous avons, dans chacun des chapitres, fait un état de l’art qui
tient compte des grands courants internationaux et nous permettons ainsi à nos
lecteurs d’acquérir les bases nécessaires à la participation aux projets, ateliers,
commissions et autres regroupements européens et à une présence efficace dans ces
organismes. En revanche, nous avons donné une priorité aux travaux français pour
les monographies détaillées. Il nous a semblé à la fois intéressant de les faire mieux
connaître et de bénéficier d’une présentation par leurs auteurs.
Organisation de l’ouvrage
Le livre est organisé en trois grandes parties :
– la première partie, intitulée « Principes et modèles fondateurs », est consacrée
aux modèles issus des sciences humaines et sociales (théories pédagogiques et
didactique) ainsi qu’aux modèles informatiques (modèles des scénarios
pédagogique, de l’apprenant, de la gestion de l’interaction) ;
– la deuxième partie, intitulée « Vers une ingénierie pour les EIAH », a pour
objectif de montrer que la communauté de recherche sur les EIAH se préoccupe
aujourd’hui du passage à l’échelle, c’est-à-dire de l’étude d’un ensemble de
méthodes, de techniques et d’outils visant à encadrer et systématiser le processus de
conception et de réalisation de systèmes opérationnels à un coût acceptable ;
– la troisième partie, intitulée « Exemples de systèmes et de familles de
systèmes », a pour objectif de présenter des recherches finalisées dont l’objectif est
de produire des EIAH opérationnels. Deux catégories d’EIAH particulièrement
importantes dans le monde professionnel sont étudiées : les environnements basés
sur la simulation et ceux basés sur la robotique pour des publics de faible
qualification. Enfin, les deux derniers chapitres présentent des travaux exemplaires
de deux équipes françaises qui ont réalisé des produits à diffusion internationale,
Aplusix et Cabri-géomètre.
Première partie. Principes et modèles fondateurs
Dans le premier chapitre, les grandes théories de l’apprentissage, à savoir le
béhaviorisme, le cognitivisme et le constructivisme sont présentées et leurs
conséquences sur la conception des dispositifs informatisés sont illustrées par des
exemples de systèmes relevant des différentes catégories. Dès ce premier chapitre,
22 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
on est donc au cœur des enjeux fondamentaux du rôle des TIC pour l’enseignement
et l’apprentissage.
La didactique, discipline souvent méconnue, est présentée dans le chapitre 2.
Elle cherche à définir les conditions de la construction de situations qui donnent un
sens aux actions de l’apprenant relativement aux objets de connaissances, enjeux de
l’apprentissage. Pour atteindre cet objectif, la didactique se base sur une étude
épistémologique des contenus et sur une théorisation du système d’enseignement.
L’objet du chapitre 3 est de faire le point sur les principaux modèles traitant du
contrôle de l’activité de l’apprenant ou de groupes d’apprenants au sein de
dispositifs de formation reposant sur l’utilisation d’environnements informatiques.
Les différents modèles implantés s’appuient naturellement sur les théories
d’apprentissage vues au chapitre 1. Les questions abordées sont les suivantes : quel
type de guidage, étroit ou souple, le système doit-il assumer ? Quels indices faut-il
collecter, calculer et suivre pour observer de façon pertinente une activité
d’apprentissage ? Quelles rétroactions faut-il fournir aux différents acteurs des
situations d’apprentissage ?
Dès les premiers systèmes d’EAO (enseignement assisté par ordinateur), l’un des
objectifs mis en avant a été d’individualiser l’enseignement grâce à la machine,
censée s’adapter à chaque cas particulier. Ceci suppose bien entendu que la machine
possède, à un certain degré d’abstraction, un modèle de chaque apprenant qui
interagit avec le système. Cette conception d’un modèle de l’apprenant soulève deux
problèmes : d’une part le choix des caractéristiques individuelles (cognitives,
comportementales) et de leur mode de représentation informatique, d’autre part la
mise en place de mécanismes de mise à jour de ce modèle à partir des évènements
logiciels (ou « observables ») recueillis durant l’interaction. Le chapitre 4 aborde
successivement ces deux aspects de la modélisation de l’apprenant.
Enfin, pour terminer cette partie sur les fondements, l’objectif du chapitre 5 est
de fournir au lecteur une synthèse des recherches centrées sur les grandes classes
d’interactions produites dans des situations impliquant l’utilisation des EIAH. Trois
types d’interactions sont étudiées : les interactions entre apprenants médiées/
médiatisées par l’EIAH, les dialogues élèves – EIAH, l’EIAH jouant le rôle
« d’interlocuteur » et les interactions élève – milieu, l’élève agissant cette fois sur un
milieu ou « environnement » informatique, qui réagit en fonction des savoirs qu’il
« embarque ». 23 Introduction
Deuxième partie. Vers une ingénierie pour les EIAH
Le chapitre 6 présente les enjeux de cette ingénierie, car il ne s’agit pas de
chercher à réduire le processus de conception à un ensemble de « recettes », mais de
permettre de dépasser le traitement ad hoc des problèmes, c’est-à-dire de faire en
sorte que l’équipe de conception puisse faire appel à un ensemble de connaissances
(et éventuellement d’outils) capitalisées (« éléments de méthodes et de techniques »)
qui guideront le processus de conception, de réalisation, d’évaluation et
d’expérimentation du système.
Un premier élément de cette ingénierie est abordé dans le chapitre 7. Depuis une
dizaine d’années, le concept d’ontologie est apparu avec la naissance du Web
sémantique. Il désigne la construction d’un ensemble structuré et documenté de
concepts reliés par des relations. L’objectif de la construction d’ontologies est de
fournir des références partageables par des agents humains et des logiciels. Des
exemples d’ontologies utilisées en formation sont fournis.
Le chapitre 8 est centré sur les architectures logicielles sur lesquelles sont
construites les EIAH. Différents types d’infrastructure, des plus classiques telles que
les architectures 3-tiers ou les modèles de composants, jusqu’aux plus récentes telles
que les architectures orientées services ou la technologie de grille (grid computing)
sont présentés. L’utilisation de ces technologies est illustrée par les plate formes de
e-learning, les LMS (Learning Management System), les ENT (environnements
numériques de travail) et surtout les plate formes de travail collaboratif.
Le passage à l’industrialisation nécessite la définition de standards et de normes
afin que les utilisateurs clients ne soient pas prisonniers de logiciels propriétaires.
C’est pourquoi, depuis une quinzaine d’années, des consortiums tels que AICC,
ARIADNE et IMS, les organismes IEEE, ISO et en France l’AFNOR se sont
mobilisés. Dans le chapitre 9, après une présentation de ces différents acteurs et des
objectifs qu’ils poursuivent, les trois principales propositions de standardisation, à
savoir LOM (pour les langages d’indexation), SCORM (pour les protocoles de
diffusion et d’échange et de suivi d’objets d’apprentissage) et IMS ; Learning
Design (pour les langages de modélisation pédagogique) sont décrites.
Le chapitre 10 revient sur les problèmes d’interaction, envisagés cette fois pour
la conception de l’interface, non pas du point de vue technique mais du point de vue
de son impact sur les interactions. Après avoir rappelé la notion d’utilisabilité,
concept aujourd’hui central dans la définition des IHM (Interface Homme-Machine),
la place de l’utilisateur dans les méthodes de conception et les principales méthodes
de conception sont étudiées dans le contexte de conception des EIAH dans lequel les
utilisateurs (principalement enseignants et apprenants) jouent des rôles naturellement
très différents.
24 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Le chapitre suivant a pour objectif de présenter le domaine des environnements
virtuels pour l’apprentissage, un domaine émergeant au sein des environnements
informatiques pour l’apprentissage humain. Ils peuvent couvrir un large éventail de
situations d’apprentissage allant de l’acquisition de concepts scientifiques en
contexte académique à la préparation de missions militaires au sein des armées
(souvent nommés serious game car réutilisant les jeux vidéo pour construire des
situations d’apprentissage). Ce chapitre est illustré par plusieurs exemples de
situations d’apprentissage en formation professionnelle.
Cette partie se conclut par un chapitre de réflexion sur la manière dont se
diffusent les TICE (technologies de l’information et de la communication pour
l’enseignement) à partir d’une analyse des usages, essentiellement en milieu
scolaire. Au-delà des caractéristiques propres d’un produit, trois facteurs principaux
expliquent les possibilités de diffusion : les environnements technologiques, les
contextes non techniques, les compétences et marges de manœuvre des acteurs.
Troisième partie. Exemples de systèmes et de familles de systèmes
Le chapitre 13 dresse un large panorama des EIAH fondés sur un simulateur,
principalement en formation professionnelle. Les exemples s’appuient sur différents
types de simulations : simulations d’appareils concrets (matériel médical, circuit
électrique, poste de pilotage d’un avion…), de phénomènes abstraits (phénomènes
dynamiques liés à l’exécution de programmes pour l’apprentissage de
l’algorithmique, phénomènes biologiques dont on a restreint la complexité…) ou de
situations régies par un certain nombre de lois (situations de diagnostic…).
Dans le chapitre 14, une synthèse des travaux menés en robotique pédagogique
est présentée. Ce chapitre s’intéresse plus particulièrement aux environnements de
micromonde dans des contextes d’alphabétisation ou d’enseignement de la
technologie et de l’informatique pour des publics de faible qualification.
Le chapitre 15 décrit la (re)-conception de l’EIAH Aplusix, micromonde
d’apprentissage de l’algèbre pour les collèges et les lycées, ainsi que les
expérimentations réalisées. Objet de recherche depuis de nombreuses années,
Aplusix est maintenant commercialisé en France et devrait l’être dans le courant de
l’année prochaine dans le monde entier.
Le dernier chapitre est consacré à la description et l’analyse des processus de
genèse et développement de l’environnement de géométrie dynamique
Cabrigéomètre, micromonde de géométrie qui, à l’heure actuelle, est diffusé
internationalement sous forme de logiciel et d’application sur calculatrices. Il vise en
particulier à souligner combien les choix d’interface sont importants pour un
environnement d’apprentissage destiné à un large public. PREMIÈRE PARTIE
Principes et modèles fondateurs
Chapitre 1
Apprentissage :
référents théoriques pour les EIAH
1.1. Introduction
Avec les technologies informatiques appliquées à l’enseignement, les élèves vont
apprendre « autrement » et « mieux ». Souvent émis par des experts en éducation au
service d’institutions nationales, internationales et/ou de firmes, voir [DEN 98],
l’énoncé des nouvelles vertus prêtées aux technologies de l’information et de la
communication appliquées à l’enseignement ne repose sur aucun fondement
théorique et sur aucune validation empirique. La nouveauté paraît aller de soi, sans
que l’on sache si elle affecte les processus cognitifs, les techniques d’enseignement,
les contenus ou, simultanément, les trois. Quant à l’efficacité, de nombreux travaux
relatifs aux gains espérés d’un apprentissage assisté par ordinateur montrent, en bien
des cas, qu’il n’y a pas nécessairement de différence significative par rapport à la
situation utilisant des moyens classiques. Le contraste entre les prophéties optimistes
et la modestie des résultats relatifs à l’efficacité ainsi que les obstacles à
l’établissement de protocoles expérimentaux rigoureux in situ nourrissent le
scepticisme à l’encontre des capacités de l’informatique à servir l’éducation.
Toutefois, elle-même non fondée sur une approche scientifique, une telle défiance
pose autant de problèmes que l’idolâtrie précédente en ne nous renseignant pas
davantage sur les modalités, les formes et les processus d’un apprentissage
impliquant des artefacts électroniques.

Chapitre rédigé par Erica DE VRIES et Jacques BAILLÉ. 28 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Non seulement la question de l’efficacité des environnements informatiques pour
l’apprentissage humain (désormais EIAH) reste ouverte, mais s’y ajoute celle des
effets et intentions d’ordre axiologique, l’apprentissage étant aussi une forme de
l’agir éducatif. Savoir si les EIAH accompagnent ou provoquent une percée décisive
sur le plan des théories par rapport aux conceptions classiques de l’apprentissage
devient en conséquence une question qui ne saurait être réglée en quelques
assertions puisées à l’idéologie moderniste et remplies de cette sorte d’évidence que
secrète l’itération de réalisations concrètes. Face à l’ampleur et à la complexité,
souvent sous-estimée, de ces questions, on comprendra que dans l’espace qui nous
est accordé nous n’en traitions qu’une partie liminaire et que nous revenions d’abord
et brièvement sur l’argument de nouveauté.
Selon Tchounikine, la nouveauté touche d’abord les savoirs disciplinaires et de
référence : « nombre de ces “savoirs” sont en complet bouleversement (conceptions
nouvelles ou réinterprétations de conceptions anciennes à l’aune des “nouvelles
technologies” » [TCH 02, p. 7]. Une telle assertion mériterait un long commentaire et
des précisions sur la variété des formes de ce prétendu bouleversement. Sauf à
confondre la science avec ce qu’en disent les médias ou avec l’énoncé d’un faisceau
d’hypothèses, en tant que tel parfaitement légitime, notre conception du monde n’a pas
soudainement et radicalement changé. Cela ne signifie pas que la science n’avance
pas, mais plutôt que son avancée est beaucoup moins rapide qu’on ne le dit. A l’image
de ce que notre monde a déjà connu sous la Renaissance, les nouvelles approches en
cybernétique, informatique, sciences cognitives, didactique, pour n’évoquer que
quelques domaines impliqués dans nos débats, font une très large part à l’innovation
technique. Sous l’appellation de sciences, on trouve en de nombreux domaines, non
une théorie (avec, entre autres, ses traits de prédictibilité et de réfutabilité), mais plutôt
une profusion de modèles et de dispositifs techniques. Ces modèles sont des sortes
d’objets intermédiaires auxquels on délègue la fonction de représenter des fractions
d’une réalité trop complexe pour être intelligible dans sa globalité [BAC 79], qui n’ont
qu’une validité locale et qui restent faiblement prédictifs.
L’illusion inductive qu’est susceptible de provoquer cette démarche recouvre
deux orientations épistémiques d’une certaine façon liées : selon la première, la
qualité d’une théorie serait assimilée à la solidité empirique de modèles locaux et
fragmentaires ; la seconde, plus radicale, conduirait à reléguer sinon à éliminer la
référence théorique pour la seule et bonne raison que le modèle (l’EIAH) est associé
à une réalisation qui fonctionne ou « tourne » concrètement. En ce dernier cas, le
risque est grand de produire et justifier sans fin des prototypes qui finissent par
accéder à cet état suprême et paradoxal de « vieux » prototype. Pour éviter ces
écueils, il convient de ne pas oublier l’écart de nature, et non de degré, qu’il y a
entre efficacité pragmatique et justification théorique. 29 Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH
Toujours en considérant l’aspect si souvent invoqué de nouveauté, on peut
parfaitement penser que ce sont moins les processus de l’apprentissage humain qui
changent avec l’introduction de l’informatique, que les points de vue des chercheurs
dans différentes disciplines : pédagogie, didactique, psychologie cognitive,
ergonomie, informatique, linguistique, communication ou encore sociologie.
S’agissant d’apprentissage, et pour n’évoquer que l’une de ces disciplines, les
avatars de la notion en psychologie singularisent une histoire récente
particulièrement heurtée et, de nos jours, caricaturée à dessein, afin de laisser croire
qu’avec l’irruption du cognitivisme (voir section 1.3), la discipline aurait enfin
connu sa grande révolution galiléenne. Le débat va déborder sur l’enseignement et
l’on verra l’étrange coalition des didacticiens, des pédagogues, des spécialistes du
traitement de l’information rejeter, avec le behaviorisme, les principes et lois
éprouvés de l’apprentissage.
Pour l’essentiel, une transformation de l’apprentissage humain et/ou de notre
façon de le conceptualiser, suite à l’introduction d’une technologie, nous conduit à
décomposer en deux questions la problématique du changement. La première
interroge la réalité du changement. Quel type d’apprentissage, quelle théorie
antérieure subit une modification ? Dans la suivante, nous envisagerons la nature de
l’éventuel changement. Que changent les technologies dans les apprentissages et/ou
les théories afférentes ? Ce sont les deux questions auxquelles nous tenterons de
répondre au long de ce chapitre.
1.2. Modèles et théories dans le champ des EIAH
L’EIAH est un environnement informatique conçu spécifiquement dans le but de
favoriser l’apprentissage humain [TCH 02], mais le champ des EIAH concerne plus
largement tous les secteurs de la connaissance pour lesquels on vise délibérément un
transfert de savoir ou de savoir-faire [BAL 01]. Considéré comme un artefact, un
EIAH embarque, de façon explicite ou non, un modèle de l’enseignement et de
l’apprentissage. Bien que les deux termes soient souvent confondus, nous parlons
plutôt d’apprentissage lorsque nous évoquons les procédures et processus
développés par les sujets humains, l’enseignement étant plutôt un ensemble de
dispositifs et de procédures institués afin d’organiser ou de stimuler des
apprentissages.
Les modèles, initiés ou utilisés par les concepteurs, en EIAH puisent à deux
sources. D’un côté, on rencontre ceux qui sont fondés sur des théories qui relèvent
de la psychologie ou des sciences de l’éducation. Même si la traduction prescriptive
de ces théories tient compte aussi bien des capacités spécifiques de l’ordinateur que
de celles des apprenants, on peut les déclarer anthropocentrées. De l’autre côté
existent des modèles issus de l’évolution technologique. La réalisation d’une
30 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
fonction technique précède alors la réflexion sur son utilité pour un enseignement ou
un apprentissage.
Cette dualité dans l’origine des modèles reste néanmoins trop tranchée car les
théories modernes du fonctionnement de l’esprit ont utilisé, à titre de métaphores,
des modèles informatiques et, réciproquement, on trouve de nombreuses réalisations
informatiques qui interprètent l’activité cognitive humaine. Baker [BAK, 00]
confère trois rôles à l’informatique dans le domaine des EIAH. Premièrement,
l’informatique peut être utilisé pour modéliser des situations d’enseignement ou
d’apprentissage. Ensuite, les situations d’apprentissage en elles-mêmes peuvent faire
intervenir des ordinateurs, ou des logiciels comme dispositifs éducatifs. Plus
précisément, l’informatique sera exploité pour présenter, modéliser, représenter ou
encore matérialiser les connaissances, objet de l’apprentissage [DEV 01, BAI 01].
Enfin, un EIAH peut, en lui-même, contenir un modèle computationnel du domaine,
mais aussi de l’enseignant, de l’élève ou d’une stratégie d’enseignement. Dans ce
cas, le modèle computationnel est exploité pour créer de nouveaux artefacts, par
exemple des agents. Les grandes théories de l’apprentissage que nous allons
examiner articulent de diverses façons ces différents rôles de l’informatique.
Enfin, les EIAH ont la prétention, au moins en principe, de fonctionner à base
d’interactivité et/ou d’interaction (voir aussi Baker et al. dans cet ouvrage), que ce
soit entre machines, entre humains, ou encore, entre humains et machines. En
d’autres termes, la notion d’apprendre en se servant à deux ou individuellement
d’une machine repose nécessairement sur des hypothèses concernant les relations
entre actions et réactions des humains et des machines. Nous verrons que ces
relations peuvent être de nature différente selon le point de vue théorique adopté.
1.3. Les principales théories
Qu’appelle-t-on un apprentissage ? Considérons la définition liminaire suivante :
un apprentissage est la modification effective et durable du comportement ou de la
conduite, au cours d’épreuves répétées. Cette définition, qui peut être confondue
avec celle du conditionnement, ne précise pas si l’on parle du processus même de la
modification ou du produit de celle-ci. Un apprentissage peut être repéré lorsqu’une
activité (une action, une observation, une imitation, un entraînement particulier)
place le sujet en interaction avec des événements isolables du monde extérieur. De
même que ces éléments exogènes – stimulus, renforcement, situation – doivent être
objectivement décrits (en termes de variables physiques, sémiotiques, sociales…), le
produit du changement doit pouvoir être observé dans un comportement, une
structure cognitive, une opération mentale, un schème, ou une chaîne d’intentions
inférées à partir des buts poursuivis. Il n’est pas certain que des descriptions des
nouvelles formes d’apprentissage satisfassent à la totalité de ces obligations. 31 Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH
Les sections suivantes traitent des différentes perspectives pertinentes pour les
EIAH, à savoir les béhaviorismes, les cognitivismes et les constructivismes. Pour
chaque perspective, nous exposerons les idées principales sur l’apprentissage et
l’enseignement, sur le rôle de l’informatique dans l’éducation, et sur l’existence ou
non d’un changement dans l’apprentissage ou dans la perspective en elle-même.
1.3.1. Les « béhaviorismes »
Les différences sont si grandes entre les conceptions d’un Watson et celles d’un
Skinner, Hull ou Tolman, pour n’évoquer que quelques vénérables célébrités, qu’en
toute rigueur, il est convenable de parler « des béhaviorismes ». Pour preuve, il
suffit de relever la variété des modèles et la complexité des figures du déterminisme
qu’ils expriment : de la causalité linéaire stimulus-réponse jusqu’aux modèles
probabilistes. Dans les EIAH, comme en éducation, il sera un jour utile de réévaluer
ces théories et doctrines dont l’intérêt ne se limite pas aux antiques machines à
enseigner. En effet, on aurait tort de ne voir dans le béhaviorisme qu’un simple
avatar, réductionniste et scientiste, d’un mécanicisme qui remonterait à Aristote, au
Descartes des animaux-machines et à Hume. Pour les néo-béhavioristes,
l’apprentissage n’est pas une simple connexion stimulus-réponse, mais son efficacité
résulterait des contingences de renforcements (nature, délais et fréquences).
Certes, au principe des théories béhavioristes se trouve bien une relation entre un
antécédent, un comportement et une conséquence [SKI 68], c’est-à-dire une relation
entre une manipulation de la situation (stimuli), les résultats de cette manipulation
en termes de comportement (réponses), et ce qui a constitué le renforcement pour le
comportement visé (récompense). Selon les théories béhavioristes, il existe donc une
relation directe entre les conditions de l’enseignement et le résultat de
l’apprentissage. Cette relation est, par exemple, exprimée dans la loi de l’effet,
formulée par Thorndike pour rendre compte de l’apprentissage par essais et erreurs.
Cette loi stipule que parmi les nombreuses réponses évoquées par une situation,
celles qui sont accompagnées ou suivies de près par un état satisfaisant pour
l’organisme seront plus fermement liées à cette situation, de sorte que, l’organisme
étant de nouveau confronté à la même situation, ces réponses auront tendance à se
reproduire plus fréquemment que d’autres.
Selon Skinner, l’application efficace de la loi de l’effet à la pédagogie
présuppose la décomposition analytique de l’activité visée en comportements
élémentaires. Lorsqu’un comportement élémentaire se produit chez l’élève, on le fait
suivre d’un renforcement. Ce procédé de modelage implique qu’il faut inviter
l’élève à s’engager dans une activité (en lui posant des questions), puis l’informer de
la justesse de ses réponses afin qu’il continue de s’exposer volontairement aux
32 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
stimuli de l’apprentissage. Chaque item d’apprentissage se compose d’une question
(Q), d’une réponse attendue (R) et d’une issue (le renforcement). Pour Skinner, la
réponse de l’élève est présumée spontanée, dans l’étroite limite d’un contexte
directif et d’une organisation linéaire de la progression. Pour corriger les traits
excessivement linaires de l’apprentissage Skinnerien, sans modifier le principe du
renforcement, Crowder [CRO 60] a inventé les systèmes à branchements. Mais à la
différence fondamentale avec Skinner, ces systèmes proposent des réponses
préconçues (QCM).
1.3.1.1. Les « exerciseurs »
En termes de technologie éducative, on considère les exercices sur écran comme
des stimuli et les actions de l’élève comme des réponses (figure 1.1).
L’implémentation d’états satisfaisants se résume, dans la plupart des cas, en un
message disant que l’élève a donné la bonne réponse, ou seulement dans le fait de
pouvoir passer à l’exercice suivant, ou encore, par la survenue d’un événement
auditif ou visuel (voir Burton, Moore, et Magliaro [BUR 96] pour une synthèse sur
le béhaviorisme et les technologies éducatives).


Figure 1.1. Exemple d’un exercice en grammaire d’anglais sur Internet
(http://cla.univ-fcomte.fr/english/grammar/likeas/likeas.htm)
Bien que l’informatique permette une plus grande souplesse au niveau de
l’individualisation, en particulier depuis les programmes à branchements [CRO 60],
le modèle d’apprentissage à l’œuvre dans ces exerciseurs, pas plus que la conception
que nous en avons, n’ont évolué. Au contraire, les notions de rétroaction, de
renforcement et de modelage sont toujours d’actualité dans de nombreux logiciels 33 Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH
développés dans le commerce ou par des praticiens. Ceci nous amène à la
constatation qu’en certains cas bien précis, lorsque l’objectif de l’apprentissage est
bien défini, lorsque par exemple il s’agit d’un entraînement à la résolution de
problèmes bien identifiés et délimités, les conceptions des divers béhaviorismes
demeurent pertinentes.
1.3.2. Les cognitivismes
Comme précédemment, nous garderons le pluriel pour évoquer un ensemble
de conceptions qui ont en commun leur inclination à ne plus considérer
l’organisme apprenant comme une boîte noire. Les cognitivismes s’opposent
moins aux béhaviorismes qu’ils ne le complètent, en proposant des modèles de
processus intermédiaires entre les stimuli et les réponses. Ils s’inspirent des
théories du traitement de l’information et élaborent des modèles du processus
d’apprentissage en termes d’attention, d’encodage et de récupération des
informations.
Différentes mémoires actives sont placées au cœur de ces processus qui doivent
générer la construction de représentations mentales chez l’apprenant. La mémoire
n’est plus simple stockage, mais activité opératoire de réorganisation des stimuli, de
stockage d’indices et de récupération. Les cognitivismes diffèrent dans leur
conceptualisation des représentations mentales construites et traitées par le sujet.
Dans les théories les plus classiques, ces représentations sont des propositions
[VAN 83], des règles de production [AND 83], des images [KOS 80], ou des
modèles mentaux [JOH 83].
1.3.2.1. Les tuteurs intelligents
Les tuteurs intelligents peuvent être qualifiés de cognitivistes dans la mesure
où ils sont nés de l’ambition de représenter des connaissances expertes dans un
modèle informatique couplé avec un modèle de la stratégie pédagogique pour leur
transmission à l’élève [WEN 87]. Une variété de tuteurs intelligents a été
développée intégrant des stratégies pédagogiques différentes : initiative mixte
entre le tuteur et l’élève, dialogue socratique, ou guidage discret par exemple.
Quoique très différentes, ces approches s’appuient sur le principe de la
représentation de la connaissance selon une forme objective indépendante du sujet
humain. Cette représentation jointe à un mécanisme de raisonnement (voir les
règles de production, moteur d’inférence) doit permettre aux tuteurs intelligents de
résoudre les problèmes que l’on pose aux élèves et/ou d’en expliquer les solutions
(voir aussi Bruillard pour une présentation détaillée [BRU 97]).
34 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
Figure 1.2. The Geometry Cognitive Tutor, un exemple d’un tuteur cognitif intégrant un
agent répondant aux appels à l’aide de l’élève (Aleven, Mclaren, Roll, Koedinger [ALE 04])
Anderson, Corbett, Koedinger et Pelletier, dans une rétrospective sur les tuteurs
développés à base de la théorie d’Anderson, observent que les plus efficaces sont
ceux qui, d’une part, donnent des messages d’erreurs courts et directifs, et d’autre
part, se présentent comme des outils non-humains et non pas comme des émulations
d’humains [AND 93]. Depuis, l’ambition de bâtir des tuteurs intelligents qui
prenaient en charge tout l’enseignement a plus ou moins été délaissée au profit
d’agents tuteurs n’intervenant que pour une sous-tâche dans un environnement plus
large de résolution de problèmes, voir Koedinger et Anderson [KOE 97]. Plus
récemment, ces environnements intègrent également des agents réagissant aux
appels d’aide de la part de l’élève, voir figure 1.2 pour un exemple sur le Geometry
Cognitive Tutor [ALE 04].
1.3.2.2. Les tutoriels multimédias ou multimédias éducatifs
Les cognitivismes ont également été à l’origine de modèles de l’apprentissage
avec des multimédias, comme ceux de Mayer [MAY 01] et de Schnotz, Böckheler et
Grzondziel [SCH 99]. Mayer [MAY 01] a développé ce qu’il appelle une théorie
cognitive de l’apprentissage multimédia. Cette théorie doit expliquer comment on
apprend à partir de documents multimédias à partir de trois postulats :
– l’humain a un canal de traitement de l’information visuelle et un canal de
traitement de l’information auditive ; 35 Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH
– dans chaque canal, la quantité d’information pouvant être traitée par unité de
temps est limitée ;
– l’humain n’est pas un récepteur passif, il traite l’information activement.
Le modèle de Mayer s’est développé à partir d’études sur les multimédias
éducatifs, traitant du système de freinage d’une voiture ou de la formation d’un
éclair lors d’un orage par exemple. Ces études recherchent des effets liés à la
présence ou l’absence de textes, d’images, d’animations, de narrations, et à leur
articulation : durée, ordre, superposition, redondance. Dans ce type d’étude, on
mesure la mémoire de ce qui a été présenté et le transfert, c’est-à-dire la capacité de
l’apprenant à appliquer ce qui a été appris à un problème nouveau ou dans une
situation nouvelle. Ces études ont permis de formuler un certain nombre de
principes pour la conception de documents multimédias : par exemple les principes
de multimédia (utiliser textes et images), contiguïté spatiale (rapprocher mots et
images correspondantes) et contiguïté temporelle (présenter mots et images
correspondantes simultanément plutôt que successivement).
Figure 1.3. Exemple d’un support de cours en mécanique des fluides
(http://cfi.insa-rouen.fr/banzai/qcm/manometre.html)
Dans cette vision, l’ordinateur est surtout considéré comme un médium, comme
d’autres média l’étaient avant lui : le tableau noir, le manuel scolaire, la radio, la
télévision. Dans la figure 1.3 par exemple, l’animation consiste en l’affichage
séquentiel du schéma, des textes et des équations. En outre, c’est un médium avec
des caractéristiques spécifiques fournies par l’informatique : la recherche par
motsclés, et l’accès par hyperliens, mais ce qui importe est toujours la qualité de la
représentation mentale construite par l’apprenant (inférée à partir de réponses sur
36 Environnements informatiques pour l’apprentissage humain
des questions littérales, d’inférence et d’application). La situation d’enseignement
comporte la lecture et/ou l’audition par l’élève, et la compréhension de ce qui est
présenté sur l’écran. L’informatique sert principalement comme moyen d’affichage
ou en tout cas de présentation de l’information.
Pour conclure sur le courant cognitiviste, les deux types d’EIAH, les tuteurs
intelligents et les tutoriels multimédias, ne changent pas fondamentalement les
mécanismes de l’apprentissage. Même si l’intelligence artificielle contribue à rendre
les modèles informatiques des contenus, des élèves et des stratégies pédagogiques
plus sophistiqués, et même si la psychologie cognitive nous renseigne sur les effets
des divers formats et leurs combinaisons, le point de vue sur l’apprentissage humain
en lui-même n’a pas évolué. Cependant, depuis dix ans, a été développée la notion
de charge cognitive [SWE 94] pour expliquer les difficultés de l’humain à traiter
l’information de différentes sources en même temps. Or, les limites du traitement
humain de l’information sont connues depuis longtemps ; les travaux de Miller à la
base de la théorie de la charge cognitive datent de 1956 [MIL 56]. En outre, la
compréhension de graphiques fait référence à la Gestalt-théorie (principes de
proximité, de continuité, de fermeture, de contiguïté, de similitude, et les constantes
de formes, taille, couleur, clarté) et aux travaux en perception visuelle (perception de
la profondeur, la couleur, le mouvement).
1.3.3. Les constructivismes
Depuis quelques décennies, le modèle le plus fréquemment invoqué pour décrire,
sinon expliquer l’apprentissage humain est celui du constructivisme, modifié en
socioconstructivisme. On trouvera dans Vergnaud [VER 01] un examen complet des
fondements et des limites du constructivisme appliqué à l’éducation. Selon le
constructivisme, il faut étudier l’apprentissage comme un processus de construction de
connaissances procédant de l’interaction entre un sujet et l’environnement dans lequel
il évolue. L’origine de la théorie, en particulier dans son ancrage piagetien, se situe du
coté de la biologie, c’est-à-dire du coté des processus d’adaptation à la fois actuels et
développementaux de l’organisme à son environnement. Pour une large part, ces
mécanismes sont proprement endogènes et résultent de l’action du sujet. Le concept
clé de la théorie est celui de schème qui combine quatre éléments : intentions
(décomposable en buts, sous-buts, anticipations) ; des règles d’actions dans la tradition
de la résolution de problèmes qui autorisent en outre le contrôle ; des invariants
opératoires (concepts-en-acte) ; et des inférences (voir Vergnaud op. cit.). Le schème,
notion que Piaget emprunte à Kant, est ce qui permet un rééquilibrage de l’action et de
la compréhension à l’issue d’une perturbation [PIA 75]. A cet égard, il n’y a pas de
contradiction fondamentale entre les behaviorismes et les constructivismes.
L’incidence de l’environnement sur les processus d’équilibration mis en évidence par 37 Apprentissage : référents théoriques pour les EIAH
le courant socio-cognitif de Doise et Mugny [DOI 81] nous fonde, avec Richelle
[RIC 93], à considérer qu’un couplage reste possible entre les théories de
l’apprentissage et la psychologie du développement.
Par conséquent, un enseignement constructiviste doit fournir un environnement
dans lequel le sujet peut agir et recevoir, en retour, des informations (entres autres sous
forme de renforcements) ayant cette fois-ci un statut particulier par rapport au contenu.
Ainsi, un EIAH basé sur des notions constructivistes exploite l’ordinateur pour
permettre des parcours ou des constructions individualisés, comme par exemple dans
les hypermédias, les simulations et les micromondes. La variante socio-constructiviste
s’intéresse au rôle de l’interaction entre élèves dans l’apprentissage. Nous désignerons
par « collecticiels » des EIAH relevant de ce courant.

Figure 1.4. Exemple d’un hypertexte en philosophie
(http://fr.encarta.msn.com/encyclopedia_761560445/Kant_Emmanuel.html)
1.3.3.1. Les hypermédias
Les hypermédias par le biais de parcours individualisés dans une espace
d’information sont une façon de conceptualiser une situation d’enseignement favorisant
la construction individuelle de connaissances. Aujourd’hui, on rajoute à ces systèmes des
outils pour l’exploration, la recherche, la sélection et l’annotation d’informations
pertinentes. Par exemple, la figure 1.4 montre une copie d’écran comportant un passage
sur Emmanuel Kant avec les hyperliens (soulignés sur l’écran) : critique, Descartes et
Leibniz. C’est le lecteur qui décidera de son cheminement dans le contenu. Selon la
théorie de la flexibilité cognitive [SPI 91], l’apprenant est censé avoir un rôle actif,
étudier chaque information en un contexte particulier, et ainsi être à l’origine de la