un objectif d’apprentissage, une tâche,
une interaction système-élève décrite par :
o des actions du système (mise à disposition d’outils de résolution et de contrôle) et les stratégies associées,
o des actions de l’élève (usage des outils de résolution et de contrôle disponibles) et les stratégies associées.
Dubourg [Dubourg 1995] envisageait de paramétrer les tâches et les interactions décrivant une situation, parlant à ce propos de familles de situations d’interaction. Il s’agit en fait de déterminer des paramètres spécifiques de la tâche et de l’interaction système-élève, permettant de faire varier ces situations d’interaction relativement à un objectif d’apprentissage défini a priori.
Dans le contexte présent, l’ambition de générer automatiquement des successions de situations s’adaptant à différents fonctionnements cognitifs d’élèves nous conduit ainsi à envisager l’élaboration de familles de situations d’interaction.
AD22 Rapport de fin de projet Axe apprentissage Page 75 Figure 3 : Situation d’interaction, [Grugeon et al 2003 extrait]
Figure 4 : Familles de situations d’interaction, [Grugeon et al 2003 extrait]
L’articulation entre les différents points de vue exposés ci-dessus et l’utilisation des résultats des recherches en didactique de l’algèbre des chercheurs de l’équipe DIDIREM nourrissent précisément nos premières avancées dans la conception de logiciels d’apprentissage, répondant à la problématique de l’axe apprentissage du projet. En effet, relativement à chaque objectif d’apprentissage en algèbre, il s’agit de délimiter et de caractériser des situations d’interaction adéquates. Ici, ce sont les notions de problèmes fondamentaux et de milieu a-didactique qui nous permettent d’associer la définition de tâches, d’interactions et de paramètres aux objets de savoir algébrique en jeu. La notion de variable didactique modélise les paramètres pertinents sur lesquels jouer, relativement à ces objets de savoir. Nous allons maintenant illustrer la façon dont ces cadres théoriques ont été exploités et montrer l’avancée du travail en considérant deux grandes familles de situations d’interaction relatives à la mise en équation de problèmes arithmétiques d’une part et à l’interprétation d’expressions algébriques d’autre part.
2.4. Conception de familles de situations d’interaction
2.4.1. Familles de Situations d’interaction autour de l’interprétation d’expressions
algébriques
Nous nous sommes appuyés sur la recherche de Bardini [Bardini 2003a], pour penser la conception de familles de situations d’interaction autour de la traduction d’expressions algébriques en langage naturel. Bardini définit « les variables des expressions algébriques sur lesquelles il est possible de jouer de façon à garder une certaine pertinence à la tâche proposée » et étudie « dans quelle mesure les variations apportées sur certains éléments d’une expression algébrique influent sur la complexité de celle-ci». Elle caractérise ainsi une liste de conditions sur les variables de son modèle d’expressions algébriques pour permettre leur traduction en langage naturel et rendre son automatisation possible. La première condition correspond au niveau de l’expression considérée : l’assembleur le plus haut ne doit pas dépasser le niveau trois afin de ne pas rendre la description en
AD22 Rapport de fin de projet Axe apprentissage Page 76 langage naturel trop complexe et artificielle. Nous avons envisagé plusieurs familles de situations d’interactions s’appuyant sur cette paramétrisation.
La première d’entre elles s’appuie sur la transposition du « jeu du portrait » qui consiste à découvrir un objet par un jeu de questions.
a) Découvrir une expression algébrique par un jeu du portrait : PORTRAIT-ROBOT
Le principe général de Portrait Robot est le suivant : l’élève doit, dans une première phase, identifier une expression algébrique au sein d’une liste donnée en posant le minimum de questions possibles (questions du type : l’expression ou la sous-expression sélectionnée, est-elle un carré ?). Après chaque question, le système interprète la réponse de l’élève, y répond par OUI ou NON. L’élève élimine alors les expressions inadéquates. Le système affiche une aide visuelle en conservant la trace des questions auxquelles le système a répondu OUI (dans l’exemple ci-dessous, sous forme d’un arbre actualisé à chaque réponse positive). Dans une deuxième phase, l’élève doit traduire l’expression identifiée en français.
Nous présentons ci-dessous des maquettes correspondant à une situation d’interaction envisageable dans Portrait Robot.
Figure 5a : Consigne de PORTRAIT-ROBOT
Figure 5b : L’élève pose une question sur
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Figure 5d : L’élève pose une question sur une sous-expression
Figure 5e : Le système confirme la réussite et demande d‘écrire en français l’expression algébrique. Une aide visuelle est fournie sous la forme d’un arbre résumant les caractérisations trouvées par l’élève
Figure 5 : Exemple de situation d’interaction « Portrait Robot » [Grugeon et al. 2003] Portrait Robot recouvre une multitude de situations d’interactions possibles, dont on ne rend pas compte dans l’exemple développé ci-dessus. Le prototype Portrait Robot réalisé par V. Larue dans le cadre de son travail de thèse3 n’a pas été achevé suite à l’abandon de la thèse.
Nous avons aussi élaboré une autre famille de situations d’interaction, plus directement inspirée d’une expérimentation papier-crayon, menée par Bardini dans son travail de thèse [Bardini 2003 b].
b) Associer interactivement Langage et Expression : AILE
Le principe général d’AILE consiste à associer une liste d’expressions algébriques à une liste correspondante de traductions en langage naturel. La figure 6 ci-dessous illustre la maquette d’interface envisagée pour AILE :
Sur la base des analyses didactiques de Bardini [Bardini 2003b], un cahier des charges a été rédigé par Gélis et Chenevotot en vue de réaliser un prototype du logiciel AILE, correspondant à la famille de situations ainsi envisagée. Le lecteur pourra s’y reporter (cf. annexe B1) pour prendre connaissance de façon détaillée des réflexions qui ont nourri la conception du prototype AILE. Dans le cadre de la conception du prototype AILE, le travail de Bardini permet d’identifier des variables didactiques liées à la complexité de l’expression algébrique en jeu (niveau d’imbrication de sous expressions, type d’opérateurs, etc.), à la liste d’expressions (nombre d’expressions, complexité des expressions une à une ou corrélées, etc.), et par suite, à la complexité des problèmes envisageables dans ces deux contextes. Des variables relatives aux interactions élève-système sont également mises en avant.