Modélisation et conception d'un. environnement de suivi pédagogique synchrone. d'activités d'apprentissage à distance

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1 Modélisation et conception d'un environnement de suivi pédagogique synchrone d'activités d'apprentissage à distance Christophe DESPRÉS Laboratoire d Informatique de l'université du Maine Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 2

2 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 3 Contexte initial La robotique pédagogique au LIUM : activités de travaux pratiques ou de projets mettant en jeu des micro-robots modulaires EIAO Roboteach, support de ce type d'activités [Leroux 95] Problématique et méthodologie 4

3 Contexte initial Évolution de Roboteach vers un environnement d'apprentissage à distance. Besoin exprimé par : les entreprises les collèges Site 1 Tuteur Site 2 Site 3 Problématique et méthodologie 5 Éléments de problématique Mettre en place des activités d'apprentissage à distance fondées sur l'apprentissage par l'action [George 89] et mettant en jeu un objet réel (dispositif physique) ou virtuel (simulateur) nécessite un soutien de tous les instants Fournir un tutorat humain synchrone aux apprenants afin de les soutenir tout au long de la réalisation de leur activité d'apprentissage Problématique et méthodologie 6

4 Problématique "Instrumenter l'activité du tuteur humain à distance afin qu'il puisse percevoir l'activité des apprenants distants et intervenir auprès d'eux" Problématique et méthodologie 7 Objectifs Élaborer un modèle décrivant l'ensemble des fonctionnalités à intégrer dans un environnement informatique supportant l'activité du tuteur : SAAD (Suivi d'activités d'apprentissage à Distance) Réaliser un environnement informatique fondé sur ce modèle : ESSAIM (Environnement de Suivi pédagogique Synchrone d'activités d'apprentissage Médiatisées) Problématique et méthodologie 8

5 Approche méthodologique Activité non définie a priori Démarche de conception itérative et participative Amorçage : études théoriques (travaux de Bruner) résultats expérimentaux (FORMID, TéléCabri, PLUME, etc.) études de terrain (projet INRP) Deux campagnes expérimentales : au sein du laboratoire (4 apprenants, 1 tuteur) dans deux collèges de la Sarthe (8 apprenants, 4 tuteurs, 5 séances dans chaque collège) Problématique et méthodologie 9 FAD dans les collèges Roboteach Collège A Roboteach Enseignant à distance Roboteach Collège C Collège B 10

6 Mise en œuvre de notre démarche de conception Théorie Études théoriques Modèle SAAD de départ Modèle SAAD affiné Conception d'artefacts Prototype ESSAIM Prototype ESSAIM Observation Études de terrain Évaluation en situation Adapté de [Mackay & Fayard 1997] Problématique et méthodologie 11 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 12

7 L'éclatement des rôles En FAD, généralement, plusieurs acteurs interviennent pour assurer la fonction d'enseignement : le concepteur l'informateur le gestionnaire le tuteur (formateur) Étayage Brunerien [Bruner 1983] : - Enrôlement - Réduction des degrés de liberté - Maintien de l'orientation - Signalisation des caractéristiques déterminantes - Contrôle de la frustration - Présentation de modèles de solutions Le suivi pédagogique synchrone 13 L'activité du tuteur Les deux composantes principales de l'activité de suivi pédagogique synchrone : les interventions du tuteur auprès des apprenants : ponctuelles et synchrones, entre le tuteur et un apprenant à l'initiative du tuteur ou de la perception de l'activité des apprenants par le tuteur : apporter une réponse adaptée aux appels des apprenants pouvoir prendre la décision d'intervenir auprès des apprenants quand il le juge utile Le suivi pédagogique synchrone 14

8 Partage des rôles entre le tuteur et le système informatique La question du contrôle pédagogique, deux points de vue : confier le contrôle pédagogique au système informatique (SI) et définir la place du tuteur en fonction des capacités et des limites techniques du SI (activité résiduelle [Rabardel 1995]) confier le contrôle pédagogique au tuteur et définir le rôle du SI en fonction des tâches que le tuteur est prêt à lui déléguer Le suivi pédagogique synchrone 15 Les rôles du système informatique Supporter l'activité d'apprentissage en fournissant à : le matériel pédagogique (présentation de l'activité, contenu de cours, etc.) rôle d'informateur les outils spécifiques dont il a besoin pour réaliser son activité Assister localement les apprenants grâce à des assistants intelligents capables d'apporter des conseils pour la réalisation d'une tâche particulière Le suivi pédagogique synchrone 16

9 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 17 Le modèle SAAD Le modèle SAAD décrit les fonctionnalités à intégrer dans un environnement de suivi pédagogique synchrone Il est structuré en trois composantes : la perception de l'activité de distant le soutien à la gestion de l'activité de suivi Le modèle SAAD 18

10 Le modèle SAAD Communication textuelle Communication audiovisuelle Visualisation Pointage Communication Partage des matériaux physiques Partage des outils et ressources électroniques Assistance informatique Soutien à Partage de l'espace de travail Consultation du parcours Suivi Pédagogique Synchrone Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Gestion de l'activité de suivi Consultation des avertissements Composante Fonctionnalité Gestion des appels Identification des apprenants Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions Lien de composition Lien transversal Le modèle SAAD 19 Structuration de l'activité d'apprentissage L'activité d'apprentissage est structurée selon deux niveaux : étapes et tâches Étape 1 Étape 2 Étape 3 Étape n représentation du parcours de - représentation du détail des actions de - émission des avertissements - assistance intelligente Le modèle SAAD 20

11 Arbre de tâches de la description Décrire le micro-robot au moins un parmi (A, B, C) A B C Décrire une translation (D, E) et strict Décrire une rotation et strict Décrire un élément ou exclusif D E Décrire le matériel (F, G) et libre Nommer les programmes F Décrire le moteur (H, I optionnel) et strict G Décrire les fins de course au moins deux parmi (L) H Câbler le moteur (J, K optionnel) et strict Tester le moteur I Décrire un fin de course (M, N optionnel) et strict L J K M N Définir la sortie Définir le sens de rotation Câbler le fin de course (O, P optionnel) et strict Tester la description du fin de course ou inclusif O P Q R Définir l'entrée Définir la logique de câblage Afficher la valeur Tester mouvement 21 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 22

12 Architecture informatique L'architecture informatique retenue doit permettre : de développer des systèmes distribués d'appréhender l'hétérogénéité des fonctionnalités d'un environnement de suivi pédagogique synchrone d'ajouter de nouvelles fonctionnalités, d'en modifier ou d'en supprimer sans que cela ne remette en cause la stabilité de l'ensemble du système informatique L'architecture informatique 23 Architecture informatique Une architecture fondée sur l'approche multiagents permet de répondre à nos besoins : de par leur aspect modulaire, les Systèmes Multi- Agents (SMA) sont tout à fait adaptés pour la réalisation d'applications distribuées la cohabitation de spécialistes (agents spécialisés) permet d'appréhender l'hétérogénéité fonctionnelle d'un environnement de suivi pédagogique synchrone avec un minimum de précautions, il est possible d'intervenir rapidement et efficacement pour modifier localement un SMA L'architecture informatique 24

13 Organisation du SMA Modélisation agent-groupe-rôle (Aalaadin) [Gutknecht & Ferber 1998] Agent : entité autonome communicante. Aucune contrainte n'est imposée sur l'architecture interne des agents. Groupe : notion primitive de regroupement. Chaque agent peut être membre d'un ou plusieurs groupes. Rôle : représentation abstraite d'une fonction, d'un service ou d'une identification d'un agent. Chaque agent peut avoir plusieurs rôles, un même rôle peut être tenu par plusieurs agents. Les rôles sont locaux aux groupes. L'architecture informatique 25 Organisation du SMA Agent AgDétection AgAssistance Agents multiples Groupe AgConnexion Tuteur AgServeur AgConnexion Apprenant Rôle(s) AgAppel Apprenant AgAppel Tuteur AgPerception Groupe Assistance Groupe Communication Groupe Connexion AgInterface Tuteur Groupe Perception de l'activité AgInterface Apprenant Groupe Interface L'architecture informatique 26

14 Architecture physique (Poste apprenant) AgDétection Productions AgPerception AgPerception Trace de l'activité AgAssistance AgInterface AgInterface AgAppel Appels en attente Historique des interventions Poste tuteur L'architecture informatique Agent Objet AgAppel Poste apprenant Agents multiples Objets multiples 27 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 28

15 Implantation de l'architecture Pour implanter l'architecture, nous avons conçu une plate-forme de développement de SMA : intégrant des mécanismes de communication entre agents distants intégrant des mécanismes de manipulation/perception d'objets distants utilisant le langage Java et la technologie RMI (Remote Method Invocation) 29 Manipulation/Perception manipulation liste agent manipulant l'objet agent non-intéressé par l'objet agent non-intéressé par l'objet agent intéressé par l'objet agent intéressé par l'objet agent objet stimulus 30

16 Environnement local Environnement - getagent( ) - getobjet( ) Agent - poster( ) - stimuler( ) 31 Environnement global 32

17 L'interface de EIAO Roboteach Bouton d'appel Consignes 33 L'interface de Outil de communication textuelle (chat) Affichage des messages Composition des messages 34

18 Environnement de cours 35 Environnement de description 36

19 Environnement de programmation 37 L'interface du tuteur Télécommande Espace "Classe virtuelle" Partie supérieure de l'espace "Apprenant" Partie inférieure de l'espace "Apprenant" Espace "Apprenant" 38

20 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 39 Consultation du parcours de Faible interaction Forte interaction Pas d'interaction Bornes 40

21 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 41 Le détail des actions Mise en relation des deux outils 42

22 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 43 La consultation des productions Consultation de la description Consultation des programmes 44

23 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 45 Les avertissements Avertissements concernant toute la classe Avertissements de 46

24 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 47 Le partage de l'espace de travail Observation discrète Pointage 48

25 Le partage de l'espace de travail 49 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 50

26 Assistant de dépannage 51 Conseiller de description Zone méthode Zone explication 52

27 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 53 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Identification des apprenants Gestion des appels Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions 54

28 Identification des apprenants Tâche de description Nom Photo 55 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions Gestion des appels Identification des apprenants 56

29 Historique des interventions 57 Le modèle SAAD Consultation de la représentation du parcours Perception de l'activité de Consultation du détail des actions Consultation des productions Consultation des avertissements Suivi Pédagogique Synchrone (SPS) Soutien à Partage de l'espace de travail Assistance informatique Communication Gestion de l'activité de suivi Annotation des interventions Consultation de l'historique des interventions Gestion des appels Identification des apprenants 58

30 Gestion des appels 59 Plan de la présentation Contexte initial, problématique et méthodologie Le suivi pédagogique synchrone : une forme particulière de tutorat à distance Le modèle SAAD : modélisation d'un environnement de suivi pédagogique synchrone L'architecture informatique Conclusion et perspectives 60

31 Apports et contributions Une nouvelle façon d'envisager l'accompagnement des apprenants en FAD le suivi pédagogique synchrone Le modèle SAAD applicable à d'autres domaines d'apprentissage Une architecture informatique robustesse et efficacité travail au niveau de l'interface outils originaux de suivi de l'activité de Conclusion et perspectives 61 Perspectives Par rapport à ESSAIM Étudier la question du paramétrage du système informatique afin de définir ses comportements Étudier l'intérêt des outils réalisés dans l'optique d'un tutorat asynchrone Par rapport à SAAD Faire évoluer le modèle SAAD : au niveau des fonctionnalités au niveau des liens entre fonctionnalités Enrichir le modèle SAAD pour : prendre en compte d'autres types d'activités d'apprentissage prendre en compte des situations d'apprentissage différentes prendre en compte différents rôles pouvant être joués par le tuteur Conclusion et perspectives 62

32 63 Modèle de double coopération Apprenant tutorat conseils dialogue manipulation construction assistance à la tâche navigation programmation Micromonde matériel Assistant pédagogique (Roboteach) préparation, gestion et suivi des activités Enseignant Micromonde matériel Micromonde matériel Apprenant Assistant pédagogique (Roboteach) Apprenant Assistant pédagogique (Roboteach) 64

33 Séparation entre l'implémentation et l'interface Implémentation de l'objet (langage de programmation) -Champs : -Méthodes : xxx() { } Définition de l'objet (langage IDL) -Méthodes : xxx(); yy(); yy() { } 65 Architectures internes d'agents Perception de l'environnement Réception de messages File de stimuli File de messages Mise à jour des croyances Perception de l'environnement Réception de messages Croyances Génération d'options File de stimuli File de messages Désirs Choix des actions Filtre Intentions Actions Sélection des actions Actions 66

34 Outils de visualisation (1 er prototype) 67

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