Evolution des environnements d’apprentissage par ordinateur

Dès leur apparition, la vocation des systèmes d’Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO) est de faciliter et d’optimiser la transmission de connaissance, en diminuant le coût financier et humain de la formation. Ils ont pour objectif, de donner à l’utilisateur un certain regard sur un domaine particulier et de créer chez lui les dispositions nécessaires, à la compréhension et à l’assimilation des informations diffusées. Comme nous allons le voir, les techniques mises en œuvre pour satisfaire ces objectifs, ont beaucoup évolué au fil du temps.
Les didacticiels : Dans le courant des années 50 [DEL, 00a], des tentatives d’applications basées sur le schéma de Skinner, ont consisté à proposer aux élèves des exercices de consolidation des connaissances ou drill (révision de livrets, exercices d’orthographe, etc.). Les enseignants et les parents, ont été heureux d’être déchargés de la tâche fastidieuse et répétitive que constitue ce type d’exercices ; quant aux élèves, ils ont pu apprécier la grande patience de la machine à leur égard. Dans les années soixante, une transposition des ces principes a permis de construire des logiciels, au départ relativement simples. Ce furent les premières tentatives d’Enseignement Assisté par Ordinateur (ou EAO). Ils étaient souvent basés sur un mente principe : des scénarios définis dans des graphes, imposant une succession figée d’écrans, pour une succession d’actions tous aussi figées.
L’évolution de tels systèmes (fermés) est difficile, et coûteuse en temps. Pourtant, cette méthode, est longtemps restée, et est, encore, à la hase de nombreuses applications Les S T I (Systèmes Tutoriels Intelligents) : L’étape suivante est l’apparition de l’EIAO (Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur, traduction de « Intelligent Computer Aided Instruction ») [BAR ,94J. Ce domaine s’est développé dès 1970 aux Etats-Unis, et depuis le début des années 80 en France, à partir du constat de certaines limites des systèmes d’EAO classiques. II s’agissait de réaliser, en utilisant des techniques d’intelligence artificielle, des systèmes plus souples, plus interactifs s’adaptant mieux à leurs utilisateurs. Plusieurs approches ont été explorées [DEL, 00a]. La décennie 80-90 a été marquée par celle des systèmes tutoriels intelligents, fortement liée au développement des systèmes, à base de  connaissances en intelligence artificielle. Une première expérimentation dans ce sens, a été menée à l’aide d’un système expert nommé GUIDON réalisé par W.J. Clancey, à la fin des années 70.
L’idée initiale était simple : si on dispose d’un système de résolution de problèmes de niveau expert avec une base de connaissances explicites, on peut l’utiliser pour former des étudiants, en lui ajoutant des modules adéquats pour assurer la transmission (l’information), et de cette compétence du système vers l’étudiant.

Comment définir les termes hypertexte et hypermédia ?

Les termes hypertextes et hypermédia peuvent être définis [DEL, 00a] suivant trois points de vue. On peut en effet les définir du point de vue de la structure (ce que nous appelons la définition structurelle), du point de vue de l’interaction entre l’utilisateur et le système (ce que nous appelons la définition fonctionnelle), ou bien du point de la sémantique du terme. Nous allons donc voir ces trois points de vue, puis nous ferons une présentation des quelques modèles formels définis. Définition structurelle : [BAL, 94] définit un hypertexte comme étant un système composé de nœuds et de liens. Les nœuds peuvent être composés d’informations textuelles, on parle alors d’hypertexte, ou multimédia, tels que des images, des graphiques, des animations des vidéos ou bien des programmes informatiques, on parle alors d’hypermédia. Les nœuds qui sont les destinations des liens (on parle de référent).
Les liens peuvent être plus ou moins complexe : ils peuvent être unidirectionnels, permettant d’aller d’une autre page, ou bidirectionnels, afin de faciliter le retour au point de départ. Ils peuvent aussi être typés afin de spécifier la sémantique du lien. Enfin les liens peuvent être disposé n’importe où dans une page. Toutefois leurs rôles peuvent de temps en temps être définis d’une part de par leur
position dans le document, d’autre part de par la sémantique de la page (par exemple si la page est une page d’index, les liens seront des index). Ce sont ces liens qui définissent l’architecture du système, que l’on nomme hyper-space.
Définition fonctionnelle : L’hypertexte peut être considéré comme étant un procédé informatique permettant d’associer une entité (souvent minimale, c’est-à-dire un mot, une portion d’image ou une icône) à une autre entité (souvent plus étendue comme un paragraphe, une image ou une page). Ce mécanisme permet donc à l’utilisateur de se diriger librement dans l’hypertexte. En activant, à l’aide d’un pointeur (une souris, un stylet ou une tablette sensitive), une zone du document qui est l’origine d’une association, l’utilisateur peut immédiatement atteindre une autre partie du document. Il n’est donc plus de suivre le cheminement prévu par l’autre, il définit son parcours en fonction de ses envies et de d’intérêt. Ainsi [RHE, 93] écrit : « L’hypertexte est par conséquent un document virtuel qui n’est jamais globalement perceptible dont l’actualisation d’une des potentialités est conditionnée par l’effectivité de la lecture. Cette propriété de hypertexte en fait un « interactif » dans lequel le lecteur tient une place prépondérante. »

Les hypermédias adaptatifs

Les hypermédias sont devenus depuis un peu moins de dix ans des systèmes très utilisés pour obtenir de l’information. On peut les utiliser dans un cadre éducatif, mais on peut aussi les utiliser dans des systèmes d’information en ligne (Par exemple le système de gestion de document Lotus Notes de la société IBM permet de naviguer de document en activant des liens) ou encore dans les systèmes d’aide (tous les logiciel d’aujourd’hui possèdent une aide en ligne basée sur ce principe). Dés lors il peut être intéressant de posséder un système qui s’adapte à l’utilisateur. Cette adaptation peut être très intéressantes, et ce quelque soit le type d’hypermédia. Par exemple dans un hypermédia éducatif, ceci va permettre de mieux guider l’apprenant. Il peut en être de même dans un système d’aide. Mais, cela peut aussi être très utile dans un système d’information, pour par exemple limiter l’accès de certains documents à certaines personnes.
L’adaptation : Nous avons vu qu’un hypermédia est composé de pages et de liens. Dès lors, un hypermédia adaptatif doit pouvoir adapter le contenu de ces pages et de ces liens pour mieux guider l’utilisateur dans son cheminement.

La manipulation directe dans les environnements d’apprentissage

Dans le cas d’un modèle mathématique complexe, la manipulation directe ne suffit pas à appliquer toutes les actions possibles pour la construction ou la manipulation d’objets. Dans certains cas, les manipulations peuvent être précédées de déclarations de la part de l’utilisateur, afin de préciser la nature de son action, afin que le système dispose des informations en quantité suffisante permettant de transformer cette action. Cependant, dans cette transformation, une part importante à l’interprétation concerne ce qui n’est pas déclaré par l’utilisateur. Cette interprétation peut encore être traitée par le système afin que les actions de l’utilisateur aient un sens par rapport au modèle mathématique. Elles se traduisent par la mise en œuvre des intentions de ce dernier. Le principe de la manipulation directe énoncé par Nanard insiste toutefois sur le fait que les articulations entre les intentions de l’utilisateur et les actions qu’il peut entreprendre doivent être réduites. Dans le cas de l’apprentissage, l’utilisateur doit pouvoir exprimer ses intentions suffisamment librement pour avoir l’impression d’engagement direct, c’est-à-dire d’agir librement sur les objets. Les contraintes liées aux manipulations des objets et les relations représentées dans l’environnement doivent apparaître, dans les rétroactions de cet environnement vis-à-vis des actions de l’utilisateur, uniquement comme des contraintes qui déterminent les actions de l’utilisateur [BEL, 92]. Ainsi, pour parvenir à ce fonctionnement, le système doit disposer, en plus des caractéristiques du domaine mathématique, des connaissances sur l’utilisateur afin de pouvoir déterminer ses intentions. Le système doit avoir la capacité d’interpréter le plus d’actions possibles, qu’elles soient conformes à des opérations permises sur les objets ou en marge de ces opérations. Cette capacité d’interprétation doit remplacer ce qui n’est pas explicitement déclaré par l’utilisateur pour préciser la nature de ces actions. De la même façon que la formulation de commandes, le système a aussi, avec la manipulation directe, le rôle complexe d’interpréter, en fonction de multiples critères, les actions de l’utilisateur.
Cependant, même si cette interprétation du système reste pauvre et qu’elle ne permet pas une réelle manipulation directe, elle n’a pas les mêmes exigences ni les mêmes manifestations lorsqu’elle gère la manipulation physique de représentations que lorsqu’elle gère des commandes. La manipulation directe offre en particulier la possibilité à l’utilisateur d’effectuer des actions souvent accompagnées d’implicites, sans qu’il ne soit forcé par une formulation spécifique à expliciter ces implicites. Par ailleurs, les réponses du système aux formulations de l’utilisateur peuvent porter sur des problèmes syntaxiques spécifiques du langage ou des aspects formels n’ayant pas toujours un sens pour l’utilisateur.

Les interfaces intelligentes

L’adjectif « intelligent » fait davantage référence à une qualité reconnue à l’interface considérée, une caractéristique subjective qui demande une définition rigoureuse, tant elle reste aujourd’hui plus ou moins justement utilisée et implémentée.
De plus, l’amélioration d’une interface passe obligatoirement par l’intégration d’une intelligence la plus adaptative, voire auto-adaptative, possible. Il nous apparaît donc indispensable d’établir la définition détaillée d’une « interface intelligente », caractérisation aussi pratique et orientée vers les utilisateurs «grand public».
Des termes composant l’expression « interface intelligente », c’est avant tout le second qui appelle une définition explicite. Cependant, nous devons garder à l’esprit que des propriétés importantes sont requises aujourd’hui pour une interface homme-machine. Ces indéniables attributs regroupent, en plus d’une absence de situations insolubles (que l’on nomme plus précisément deadlocks en anglais) et d’une prédictibilité de chaque commande (traitement identique dans un même contexte donné), la réinitiabilité d’une interface (possibilité de toujours atteindre l’état initial ou un état prédéfini) et la disponibilité d’une commande, ce à tout moment (commande d’aide par exemple). En outre, la succession des commandes doit être fidèle aux actions de l’utilisateur (respect de l’ordre de lancement des commandes).
En pratique, toutes les interfaces graphiques de qualité sont du type WIMP, ce sigle anglophone signifiant Windows, Icons, Menus et Pointing. Les interfaces se caractérisent alors par la recherche d’une facilité d’utilisation, d’une concision, d’une cohérence et d’une flexibilité vis-à-vis de ses utilisateurs tendant à être améliorées. Toutes requièrent également un contrôle efficace, c’est-à-dire l’intégration d’applications relevant de la « programmation par événements » où l’utilisateur reste maître de l’interaction tout au long de la session de travail. Il demeure primordial pour cet utilisateur de pouvoir visualiser, à tout moment, l’ensemble des commandes mises à sa disposition par l’application concernée.
Enfin, toute action autorisée doit rester activable et être présentée comme telle à l’utilisateur, ce qui confère une grande liberté d’action et un niveau de guidage important, les actions illicites étant clairement inactivables.

Table des matières

Introduction générale
Contexte de nos travaux
Éléments de la problématique
Objectifs de recherche
Chapitre I : L’évolution de L’EAO
1. Evolution des environnements d’apprentissage par ordinateur
1.1. Les didacticiels
1.2. Les S T I (Systèmes Tutoriels Intelligents)
1.3. Les micro-mondes
1.4. L’apogée des environnements interactifs d’apprentissage
1.5. Les systèmes de la fin des années 90
1.5.1. Les outils de production d’items didactiques
1.5.2. Les outils de gestion d’items didactiques
1.5.2.1. Le projet ARIADNE
1.5.2.2. Le projet CDE
1.5.2.3. Le système OLA
1.5.2.4. Le projet SEMUSDI
1.5.2.5. Le projet/norme SCORM
2. Conclusion 
Chapitre II : Les Hypermédias
1. Qu’est ce qu’un hypermédia ?
1.1. Un peu d’historique.
1.2. Comment définir les termes hypertexte et hypermédia ?
1.2.1. Définition structurelle
1.2.2. Définition fonctionnelle
1.2.3. Définition sémantique
1.2.4. Modèles formels
2. Les hypermédias adaptatifs
2.1. L’adaptation
2.1.1. L’adaptation du contenu
2.1.2. L’adaptation pour facilité la navigation
2.1.2.1. Le guidage direct
2.1.2.2. L’ordonnancement des liens
2.1.2.3. Le masquage des liens
2.1.2.4. L’annotation des liens
2.1.2.5. Les cartes adaptatives
2.2. L’interconnexion entre le modèle du domaine et les pages de l’hypermédia.
2.2.1. La Méthode dite d’indexation par page
2.2.2. La méthode dite d’indexation fragmentée
2.2.3. La relation directe
3. Les hypermédias adaptatifs dynamiques
4. L’utilisation d’un hypermédia dans cadre éducatif
4.1. Les hypermédia dits classiques
4.1.1. Avantages
4.1.1.1. Avantages issus de l’aspect multimédia
4.1.1.2. Avantages issus de l’aspect hypertextuel
4.1.2. Inconvénients
4.1.2.1. La désorientation
4.1.2.2. La surcharge cognitive
4.2. Les hypermédias adaptatifs
4.2.1. Avantages
4.2.2. Inconvénients
4.3. Les hypermédias adaptatifs dynamiques
5. Conclusion
Chapitre III : Présentation du document
Quelques rappels sur le fonctionnement cognitif
1. Le principe multimédia
a. Les illustrations statiques
b. Les illustrations dynamiques
2. Principe de contiguïté spatiale
3. Principe de contiguïté temporelle
4. Principe de modalité 
5. Principe des différences entre individus
6. Principe de redondance
7. Principe de cohérence 
8. Conclusion 
Chapitre IV : L’interface et les environnements d’apprentissage
1. Les interfaces de manipulation directe 
1.1. Définition de la manipulation directe
1.2. La manipulation directe dans les environnements d’apprentissage
1.3. Les inconvénients de la manipulation directe
2. La théorie de l’activité humaine et le design d’interfaces
2.1. Les applications informatiques comme artefacts de l’activité
2.2. Qualités de médiation de l’artefact informatique
2.3. La théorie d’activités et les environnements d’apprentissage
2.4. Les inconvénients de la théorie d’activités
3. Les interfaces intelligentes
3.1. Caractéristiques d’une interface intelligente
3.2. Les interfaces intelligentes et les environnements d’apprentissage
3.3. Les inconvénients de quelques interfaces intelligentes
4. Conclusion 
Chapitre V : Conception et modélisation 
1. Ergonomie de l’interface
2. Caractéristiques de notre interface 
3. Une interface facile 
3.1. Navigateur graphique
3.2. Tableau de bord des intentions
3.3. Conseil et support à la navigation
4. L’architecture du système
4.1. Le modèle de domaine
4.2. Le modèle de l’apprenant
4.3. Le modèle d’activités pédagogiques
4.4. Base de données multimédias
5. Conclusion 
Conclusion générale
Références bibliographiques

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