Un système tutoriel intelligent pour l’apprentissage de la géométrie au collège
Niveaux
Collège (5e, 4e, 3e)
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Le travail de recherche au sein de l’équipe IntuiDoc (IRISA) a consisté à concevoir un logiciel sur tablette orienté stylet intitulé IntuiGeo (système tutoriel intelligent), pour l’apprentissage de la géométrie au collège. L’objectif est de permettre à l’élève de dessiner librement avec le stylet des figures géométriques tout en manipulant des outils virtuels réalistes. Pour cela, le premier axe de recherche a consisté à concevoir un moteur d’Intelligence Artificielle (IA) pour la reconnaissance de tracés manuscrits, avec une connaissance du domaine modélisée par de grammaires visuelles bi-dimensionnelles (Krichen et al., 2018). L’objectif est ensuite d’élaborer des feedbacks personnalisés en temps-réel à l’élève. Pour ce faire, le deuxième axe de recherche a consisté à définir un moteur tutoriel intelligent, permettant de créer des exercices et de superviser les réalisations des élèves. Un mode auteur intuitif a été développé, permettant à l’enseignant de créer des exercices en construisant un exemple de solution sur le logiciel. L’originalité de l’approche, publiée à ECAI (Krichen et al., 2020), est de se baser sur une modélisation hybride de la connaissance du domaine. La connaissance déclarative (relative au savoir) est modélisée par des graphes de connaissance et permet de fournir des feedbacks de correction (exemple : la longueur de ton segment est incorrecte). La connaissance procédurale (relative au savoir-faire) est modélisée par des règles de planification. C’est ce qui permet au système tutoriel de synthétiser des stratégies de résolution de problème et de générer, à partir de ces stratégies, des feedbacks de guidage (exemple : utilise le compas de telle façon pour construire un triangle équilatéral).
Pour la phase de conception du logiciel, de nombreuses actions ont été déployées par le LOUSTIC telles qu’un benchmark, des entretiens avec les enseignants, un questionnaire en ligne sur les besoins, des inspections ergonomiques, des tests utilisateurs auprès d’enseignants et d’élèves et la constitution d’un comité d’expert en géométrie. Des expérimentations en classe ont été réalisées par le LP3C pour apprécier les effets des feedbacks correctifs en temps réel (Colliot et al., en révision). Des élèves ont été partagés en trois groupes (élèves utilisant la tablette avec feedback, élèves travaillant sur papier, élèves utilisant la tablette sans feedback). Les résultats ont montré que les élèves du premier groupe obtiennent des résultats significativement meilleurs, que ce soit sur leurs supports respectifs, ou sur une tâche de transfert sur papier, que ceux du deuxième et troisième groupe. Ces résultats montrent que le retour d’information en temps réel généré par l’IA peut améliorer les performances d’apprentissage des enfants, ici en géométrie. Cet outil est développé et évalué en collaboration avec l’équipe IntuiDoc (IRISA), le laboratoire LP3C et le LOUSTIC, avec les collèges partenaires de l’académie de Rennes.
Disponibilité
IntuiGeo est disponible au grand public pour une utilisation sur tablette stylet Windows.
Action/Projet associé(e)
Projet ACTIF
Outils numériques et méthodes pédagogiques pour l’apprentissage « actif » et « collaboratif »
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Projet TRIANGLE
Travailler avec les Rétroactions Intelligentes d’une Application Numérique de Géométrie pour L’engagement des Elèves
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Travaux de recherche associés
Conception d’un système tutoriel intelligent orienté stylet pour l’apprentissage de la géométrie basé sur une interprétation à la volée de la production manuscrite de figures
Omar KRICHEN
Ce travail de recherche, effectué dans le cadre du projet Actif, a consisté à concevoir un système tutoriel pour l’apprentissage de la géométrie au collège sur tablette stylet, nommé « IntuiGeo ». Cet outil a été développé au sein de l’équipe IntuiDoc de l’INSA Rennes, en collaboration avec le LP3
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Ce travail de recherche, effectué dans le cadre du projet Actif, a consisté à concevoir un système tutoriel pour l’apprentissage de la géométrie au collège sur tablette stylet, nommé « IntuiGeo ». Cet outil a été développé au sein de l’équipe IntuiDoc de l’INSA Rennes, en collaboration avec le LP3C de l’université de Rennes 2. Ce tuteur simule l’approche traditionnelle papier/crayon, en permettant à l’élève de dessiner librement avec le stylet tout en manipulant avec ses doigts des outils virtuels (par exemple la règle dans la Figure 1).
Les enjeux pédagogiques sont les suivants : (1) garantir la transférabilité de l’apprentissage entre support numérique et support papier, (2) fournir des feedbacks personnalisés en immédiats pour stimuler l’apprentissage.
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