Le but de ce chapitre est de présenter l’apport de nos travaux en ce qui concerne les EIAH supports de projets monoposte et les partenariats entre le système et les utilisateurs dans le cadre de ces projets. Nous rappelons en ce début de chapitre que nous utilisons le terme de projet monoposte pour désigner un projet réalisé sur un seul ordinateur par un groupe d’apprenants.
Nous commençons ce chapitre par introduire la démarche de recherche-développement mise en œuvre afin de donner une vision globale du travail effectué. Nous enchaînons par la présentation du modèle de la situation d’apprentissage sous-jacente aux EIAH développés. Nous détaillons ensuite les travaux menés sur les EIAH supports de projets monoposte avant d’aborder le partenariat machine/groupe d’apprenants puis le partenariat machine/enseignant.
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Nous avons terminé le chapitre un par la description d’un modèle de conception d’EIAH représentatif de la démarche générale de recherche-développement utilisée dans nos travaux. Nous présentons ici la mise en pratique de cette démarche sous la forme d’instance du modèle de conception.
Les travaux sur l’étude des partenariats dans le cadre de projets monoposte se sont déroulés selon trois phases. La première, nommée 5RER7HDFK correspond à mes travaux de thèse (cf. Figure 3). Nous sommes partis des problèmes d’implication des apprenants dans leurs activités et de sursollication des formateurs travaillant en salle (cf. chapitre 1). Les apprenants étaient des adultes faiblement qualifiés. Du point de vue des apprentissages, le but visé était une alphabétisation à la technologie et à l’informatique34. Pour résoudre les problèmes identifiés dans le contexte d’apprentissage fixé, nous avons étudié les théories et pratiques de l’apprentissage par l’action. De cette étude nous avons délibérément choisi de travailler sur la pédagogie de projet que nous avons analysé plus précisément. L’ensemble du travail théorique a abouti à l’élaboration 1) d’un modèle de la situation d’apprentissage fondée sur un double espace de coopération et 2) d’une structuration en étapes des activités de projet. Sur ces bases, la conception et le développement du prototype RoboTeach ont été effectués selon une démarche itérative avec plusieurs expérimentations auprès de CAP35 en Électricité Équipement Industriel (EEI) et d’ouvriers en entreprise. À l’issue de cycle itératif, nous avons industrialisé et diffusé l’application RoboTeach© en l’adaptant pour l’enseignement des systèmes automatisés dans les collèges français.
Les deux phases (phases ,153 et (VVDLP) qui ont suivi ces premiers travaux ont été effectuées en parallèle. Nous décrivons ci-après la phase INRP car, comme la phase RoboTeach, elle porte principalement sur la conception et le développement d’EIAH supports de projets monoposte. Par contre la phase Essaim touche uniquement le suivi des activités à distance et sera donc présentée lorsque nous aborderons le sujet.
34 Apprentissage des principes de base du fonctionnement et du contrôle des machines automatisées ; une définition plus complète de l’alphabétisation technologique et informatique est donnée à la section 5.2.2.
)LJXUH3UHPLqUHSKDVHGHVWUDYDX[ ODSKDVH5RER7HDFK Théories et pratiques de l’apprentissage Contexte d’usage de l’EIAH Problème(s) à traiter Savoirs, savoir-faire visés Choix et étude approfondie
d’une pratique Modèle de la situation d’apprentissage Produit Spécifications du logiciel et autres supports d’apprentissage Analyse des expérimentations Développement du logiciel et autres supports
d’apprentissage Expérimentations en milieu écologique Représentation formalisée de la pratique Apprentissage par l’action Implication des stagiaires
Sursollicitation des formateurs Formation profes-sionnelle en salle Adultes faiblement qualifiés Alphabétisation technologique et informatique Pédagogie de projet Structuration en étapes des tâches de projet Modèle double espace de
coopération en salle RoboTeach Prototype RoboTeach 1. CAP EEI 2. ouvriers en entreprise RoboTeach©
)LJXUH'HX[LqPHSKDVHGHVWUDYDX[ ODSKDVH,153 Contexte d’usage de l’EIAH Problème(s) à traiter Savoirs, savoir-faire visés
Étude approfondie d’une pratique Modèle de la situation d’apprentissage Produit Spécifications du logiciel et autres supports d’apprentissage Analyse des expérimentations Développement du logiciel et autres supports
d’apprentissage Expérimentations en milieu écologique Représentation informelle et formelle de la pratique Usages de RoboTeach©
Implication des élèves Enseignement sur les
systèmes automatisés au collège
Compétences définies dans les
programmes officiels de l’enseignement de la Technologie Pédagogie de projet Définition de la démarche de projet balisé Modèle double espace de
coopération en salle
RoboTeach
Prototype RoboTeach
Itération 1 : 1 expérimentation avec des élèves de 3ème Itération 2 : 2 expérimentations avec des élèves de 5ème Itération 3 : 1 expérimentation avec des élèves de 3ème
Nouvelle version de RoboTeach© Début itération2 Début itération 3 Suite itération 2 Modification
représenta-tion informatique des
tâches de projet itération 3 Suite
Début
itération 4 Début
itération 1
Fin itération 4
La phase nommée INRP
P✜◗
a eu pour objectif d’analyser les usages de l’application RoboTeach© en classe de collèges afin de définir la démarche de projet adapté à ce contexte ainsi que les spécifications des EIAH supports de cette démarche (cf. Figure 4). Le contexte d’usage de l’EIAH était ici spécifiquement l’enseignement sur les systèmes automatisés en collège. Les compétences visées étaient celles clairement définies dans les programmes officiels [B.O. 1999]. Le modèle de la situation d’apprentissage était celui du double espace de coopération en salle. Les problèmes observés provenaient des retours des enseignants qui utilisaient depuis plus d’un an le logiciel RoboTeach© en classe. Ils avaient noté des difficultés d’implication des élèves pendant les activités prévues pour les collèges.
À partir des problèmes soulevés, nous avons directement développé de nouvelles activités de projet sensées être plus en adéquation avec le contexte des collèges (« Début itération 1 » de la Figure 4). Suite à une expérimentation en 3ème, il s’est avéré que le problème était au niveau de la démarche de projet utilisé ce qui nous amené à questionner de nouveau cette pratique pédagogique (« début itération 2 » de la Figure 4). De cette étude est sortie la définition informelle d’une démarche de projet balisé (« Suite itération 2 » de la Figure 4). Les activités ont été modifiées sur les bases de cette nouvelle démarche sans toucher à la structure en étapes des séquences de projet dans RoboTeach. Après deux expérimentations en classe de 5ème, des difficultés liées à l’utilisation de RoboTeach étaient repérées et ont nécessité de revoir la structuration en étapes des séquences de projet (« Début itération 3 » de la Figure 4). Une représentation informatique plus en adéquation avec la démarche de projet balisé était mise en œuvre suivie d’une adaptation des supports pédagogiques pour les élèves (« Suite itération 3 » de la Figure 4). Une dernière expérimentation en classe de 3ème montrait la bonne tenue du nouveau dispositif qui est en cours d’industrialisation (« itération 4 » de la Figure 4).
Il manque une troisième dimension à la Figure 4 pour mieux présenter ce qui s’est passé au fil des cycles de conception/développement. Néanmoins, l’avantage du schéma est de montrer au final ce qui s’est passé et les modifications qui ont du être opérées. Une vision détaillée du déroulement et des modifications est donnée dans la section 3.3.2.
Après avoir exposé d’une manière globale les travaux réalisés dans le cadre de la conception d’EIAH supports de projets monoposte, nous nous attachons maintenant à les présenter plus en détail en commençant par décrire le modèle de situation d’apprentissage sous-jacent aux EIAH conçus dans ces deux premières phases des travaux.
0RGqOHGHVLWXDWLRQVG¶DSSUHQWLVVDJHIRQGpHVXUXQGRXEOHHVSDFHGHFRRSpUDWLRQ Les problèmes de sursollicitation en salle des enseignants nous ont amené à l’idée de logiciel assurant la fonction d'assistant pédagogique : ce que nous avons dénommé par la suite DVVLVWDQW SpGDJRJLTXHORJLFLHO [CIRP 1997b ; JILR 2000]. Nous entendons par là, un logiciel disponible sur la table d’un groupe d’apprenants et capable de participer à la conduite de sessions préparées par l’enseignant.
Du point de vue fondamental, le travail a consisté à concevoir un modèle de situation d’apprentissage dans lequel un assistant pédagogique logiciel est capable de gérer les activités prescrites par l’enseignant et de coopérer avec les apprenants dans le cadre de leurs activités. L'organisation pédagogique est faite pour que l’enseignant puisse conduire un ensemble de groupes d’apprenants répartis en ateliers. L'approche retenue consiste :
− à augmenter l'autonomie des apprenants au sein de chaque atelier en mettant à disposition, par l’intermédiaire des assistants pédagogiques logiciels, des ressources multimédia ;
36 Nous appelons cette phase INRP car elle correspond au travail effectué par l’équipe associée à l’INRP présentée dans le chapitre précédent.
− à permettre à l’enseignant de gérer son temps par la planification des sessions, la prévision de ses interventions dans les activités et entre les différents groupes.
Au plan théorique, cela nous a amené à poser le problème, à notre connaissance original, de la coopération entre un groupe d’apprenants, un enseignant et un assistant pédagogique logiciel. La solution proposée consiste à modéliser la situation d'apprentissage sous la forme d'un espace de coopération globale au sein duquel interagit l’enseignant avec des espaces de coopération locale (cf. Figure 5) [COOP 1996].
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Espace de coopération locale
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Espace de coopération locale
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échange d'informations, aide, coopération, collaboration échange d'informations, aide,
coopération, collaboration échange d'informations, aide,
coopération, collaboration 0LFURPRQGH PDWpULHO $UWHIDFWV UpHOV (facultatif) 0LFURPRQGH PDWpULHO 0LFURPRQGH PDWpULHO $UWHIDFWV UpHOV (facultatif) )LJXUH0RGqOHGHVLWXDWLRQVG¶DSSUHQWLVVDJHGHGRXEOHFRRSpUDWLRQ
L'espace de coopération est la notion centrale de ce modèle. Nous le définissons ainsi : « un espace de coopération est le lieu où se déroule des coopérations37 et/ou des collaborations38 éventuellement de type différent (intentionnelle, émergente) à des niveaux différents et/ou dans des cadres différents, faisant intervenir des agents hétérogènes par leur nature (informatiques, humains) et par leurs rôles (apprenant, maître, assistant) » [Thèse-Leroux 1995].
Dans un espace de coopération locale, des apprenants collaborent ou coopèrent entre eux sur les activités proposées par un assistant pédagogique logiciel. Ce groupe interagit avec l’assistant pédagogique logiciel selon les modes spécifiques à chacune des activités prescrites (HJ navigation dans un hypermédia, programmation d’actions, coopération à la réalisation d’une tâche). L’assistant logiciel gère la présentation des activités, optimise le travail collectif du groupe d'apprenants en coopérant avec lui et sollicite éventuellement l’enseignant en cas de problèmes. Il peut être aussi prévu dans un espace de coopération locale l’utilisation de supports pédagogiques sous la forme d’DUWHIDFWV UpHOV (HJ des micro-robots préassemblés) ou d’un micromonde matériel (HJ des briques pour construire des micro-robots). Dans ce cas, les apprenants sont amenés à manipuler des artefacts réels, à les construire et l’assistant logiciel à contrôler leurs mouvements s’ils sont pilotés par ordinateur.
Dans l'espace de coopération globale, l'agent central est l’enseignant qui autorise et éventuellement coordonne les échanges entre les groupes. Il surveille d'un point de vue global les
37 Nous définissons la FROODERUDWLRQ comme étant une résolution d'un problème par plusieurs agents, toutes les tâches composant le problème étant effectuées en commun par l'ensemble des agents [Thèse-Leroux 1995 ; Roschelle HWDO 1995].
38 Nous définissons la FRRSpUDWLRQ comme étant la résolution d'un problème commun à plusieurs agents avec une distribution des tâches à effectuer entre les agents [Thèse-Leroux 1995 ; Roschelle HWDO 1995].
activités dans chaque espace de coopération locale et apporte son aide, si besoin, aux apprenants au niveau local. Il peut être amené à dialoguer avec eux dans le cadre de rendez-vous fixés au cours des activités. Cela lui permet d'effectuer une synthèse avec le groupe sur les notions abordées ou de déterminer les difficultés. Il coopère avec les différents assistants pédagogiques logiciels afin de déterminer et de planifier les activités dans les différents espaces locaux.
Dans ce modèle de coopération, nous nous appuyons sur une trilogie enseignant/groupe d’apprenants/système contrairement à d’autres modèles qui ce centrent plus sur l’apprenant [Sandberg HWDO 1993 ; Gabriel 2001]. Notre modèle se rapproche de celui de [Paquette 1991] à la différence que ce dernier intègre dans son modèle un système d’enseignants coopératifs alors que nous nous limitons à un seul.
C’est donc sur les bases de ce modèle de situations d’apprentissage que nous avons pensé un assistant pédagogique logiciel support des activités de projets monoposte.
&RQFHSWLRQHWGpYHORSSHPHQWG¶XQ(,$+VXSSRUWGHVDFWLYLWpVGHSURMHWPRQRSRVWH O¶DSSOLFDWLRQ5RER7HDFK
À l’issue de dix ans de recherche-développement, nous distinguons en fait deux versions de l’application RoboTeach qui symbolise tous nos travaux sur les EIAH supports aux activités de projet monoposte. La première est une version pour la formation en salle. La seconde est une version à distance. Nous présentons ces deux versions dans cette section mais surtout les bases sur lesquelles elles ont été conçues.
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Notre objectif dans les recherches sur les environnements supports de projets est double. Il est premièrement de proposer des représentations si possible formalisées des activités de projet de façon à ce qu’elles puissent être reprises pour la conception d’EIAH dans d’autres contextes que les nôtres. Notre deuxième but est de développer des EIAH sur les bases des représentations proposées afin de montrer leurs pertinences. Avant de présenter succinctement l’application RoboTeach, nous précisons la structuration des séquences d’activités à partir de laquelle elle a été conçue.
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Pour créer un environnement informatique support des activités de projet monoposte, nous sommes partis d’observations faites dans le cadre de la formation Plume en entreprise (cf. section 2.3.1.1). Elles montraient qu’une démarche de projet dans un contexte d’alphabétisation à la technologie et à l’informatique est intéressante non seulement pour le projet en lui-même, mais aussi pour les activités VDWHOOLWHV du projet telles que la découverte du matériel, la prise en main des outils, la gestion de l'information et des ressources pédagogiques ainsi que l'interaction avec autrui. Ce sont ces activités complémentaires qui en grande partie contribuent à la construction de nouveaux savoirs et savoir-faire.
Nous avons donc décliné les activités dans une formation en alphabétisation à la technologie et à l’informatique sous cinq formes [CIRP 1997b] :
− des 73. Ils permettent aux apprenants de découvrir et prendre en main le matériel et les outils logiciels sur des exemples précis.
− des VpTXHQFHVGHFRXUV. Elles ont pour but de donner aux apprenants des informations sur le matériel et le logiciel, de présenter des notions générales réutilisables dans d'autres environnements (HJ des notions technologiques, de programmation) et de préciser le vocabulaire.
− des H[HUFLFHV GpYDOXDWLRQ GH FRQQDLVVDQFHV. Ils permettent aux apprenants d'évaluer leurs savoirs généraux ou spécifiques au domaine d'apprentissage. Le projet et les TP sont aussi un moyen d'évaluer les savoirs et savoir-faire. Dans le vocabulaire de la formation,
les exercices d'évaluation de connaissances sont des évaluations VRPPDWLYHV alors que les projets et les TP constituent des évaluations IRUPDWLYHV ;
− les SURMHWV. Un projet consiste à concevoir et réaliser une production à partir d’un cahier des charges établi par l’enseignant. Cette réalisation est effectuée en utilisant les ressources logicielles, matérielles et documentaires mis à la disposition des apprenants. − des UHQGH]YRXVDYHFO¶HQVHLJQDQW. Ils conduisent ce dernier à suivre l'évolution du travail
du ou des groupe(s). Ce rendez-vous peut se transformer en activité dans le cas d'une discussion entre les apprenants et l’enseignant sous la forme d'une synthèse sur les savoirs et savoir-faire abordés au cours d'une activité ou d'un échange de points de vue. C'est une phase au cours de laquelle, l'apprentissage des apprenants peut être institutionnalisé par l’enseignant [Brousseau 1987].
Ce découpage des activités est fait avec le point de vue du pédagogue. Or, d'un point de vue informatique, le découpage n'est pas identique car en fait les TP et les projets font intervenir les mêmes ressources informatiques (des documents numériques de cours, des modules de réalisation de tâches tels qu’un environnement de programmation, etc.). La différence entre TP et projet se situe au niveau de la complexité du sujet. En TP, le sujet est bien connu de l’enseignant et demande une résolution en un temps limité alors qu'en projet, le sujet demande plus de temps et n’a pas a priori de solution connue de l’enseignant. Nous arrivons donc à la conclusion qu’il est possible dans un même environnement d’apprentissage de concilier pédagogiquement activités de projet et activités satellites au projet.
Dans le modèle de double coopération présentée à la section précédente, il est prévu que le système informatique prenne en charge la présentation des activités prescrites pour soulager l’enseignant dans sa tâche. Cela implique de structurer informatiquement les sessions d’apprentissage de façon à permettre au système de présenter les différentes activités prévues aux élèves en fonction des choix de l’enseignant.
Pour offrir la possibilité de planifier les différents types d’activité déterminés ci-dessus, nous avons choisi de structurer une session d’apprentissage sous la forme d’une succession d’étapes ; chaque étape donne accès à un module informatique support d’une activité. La souplesse de la structure permet de configurer les sessions d’apprentissage comme l’enseignant le souhaite (nous verrons dans la section 3.5.1.1 les outils mis à disposition pour le faire). L’exécution d’une session pour les apprenants correspond à une succession d’activités prescrites à réaliser. Dans le cas où une activité de projet nécessite l’accès à plusieurs modules informatiques, l’enseignant prévoit au départ la succession type d’étapes. Au cours de la séance, les apprenants suivent l’enchaînement prévu mais peuvent à tout moment revenir en arrière ce qui apporte la souplesse indispensable dans un processus de réalisation de projet. C’est donc sur ces bases que l’application RoboTeach a été réalisée.
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RoboTeach est un environnement support d’activités de projet monoposte qui permet l'apprentissage de notions de base pour assurer le pilotage de micro-robots [CIRP 1997b ; AI-EDW 1999a]. Les activités qu’un groupe d’apprenants peut mener en interaction avec RoboTeach39 sont :
− la découverte de notions technologiques par la navigation dans des livres électroniques de cours. La structure des hypermédias réalisés est adaptée pour permettre un jeu dialectique entre la théorie et la pratique [H&A 1996]. Les notions théoriques sont présentées sous la forme de textes et de schémas. La mise en pratique de ces notions est réalisée par le pilotage de maquettes et le test de montages construits par les apprenants. Ces derniers naviguent dans un réseau d'informations où chaque notion est explicitée d'un point de vue
théorique et pratique (contrôle d'objets réels à partir de l'hypermédia). Nous qualifions cette dialectique de locale à l'hypermédia.
− l'évaluation de leurs connaissances grâce à des livres d'exercices interactifs.
− la description d'un micro-robot. L’environnement de description permet de décrire physiquement n'importe quel type de micro-robot et assure la génération automatique de programmes de pilotage associés. Ces programmes sont ensuite utilisés dans l’environnement de programmation/pilotage pour piloter les micro-robots.
− le pilotage de micro-robots grâce à un environnement de programmation/pilotage par manipulation directe. Un des avantages de cet environnement est de mettre à disposition des structures algorithmiques d'itération et de répétition sous une forme proche du langage naturel [RFDI 1996]. Cette approche de la programmation nous semble intéressante pour aborder des notions de programmation complexes telles que les boucles de répétition avec des débutants. Par ailleurs, grâce à la manipulation directe et à un module d’interface spécifique, qui intègre l’ensemble des fonctionnalités de gestion des programmes (éditions, exécution, etc.), nous avons éliminé les problèmes rencontrés par les apprenants au cours de l’utilisation de LOGO : erreurs syntaxiques et difficultés liées