Projet TRIANGLE

Travailler avec les Rétroactions Intelligentes d’une Application Numérique de Géométrie pour L’engagement des Elèves

Projet e-FRAN associé

Les objectifs du projet

Enjeux : les enquêtes internationales récentes (TIMSS, 2019) démontrent que les technologies numériques restent encore peu utilisées dans le domaine des mathématiques et de la géométrie, disciplines pour lesquelles les élèves éprouvent encore aujourd’hui des difficultés non négligeables. Pourtant de nombreuses études montrent que l’usage des technologies éducatives en mathématiques peut entrainer une augmentation des performances des élèves.

Objectifs : l’objectif du projet TRIANGLE est de consolider l’application IntuiGéo (système tutoriel intelligent pour l’aide à l’apprentissage de la géométrie sur tablette avec stylet) en améliorant l’impact des feedbacks de correction et de guidage, notamment par l’ajout d’un agent pédagogique virtuel. Il s’agira également d’approfondir nos connaissances sur les effets de ce type d’assistance sur la performance et l’engagement des élèves. Enfin, en termes d’essaimage, des études d’évaluations seront réalisés sur deux académies. Des formations de formateurs et d’enseignants y seront mises en place. Le déploiement d’une version gratuite multiplateforme dans les établissements qui le souhaitent est prévue à la fin du projet.

Partenariat : le consortium est constitué d’une équipe de recherche en informatique (Intuidoc/IRISA, Rennes), d’une équipe de recherche en psychologie et ergonomie des apprentissages (LP3C, Rennes), de deux INSPE dans deux académies (Rennes et Poitiers).

Dispositifs et mise en œuvre : dans le cadre du précédent projet ACTIF, l’application de géométrie IntuiGéo basée sur l’intelligence artificielle a été développée et évaluée dans les classes. Cette application s’appuie sur une analyse en temps réel des tracés réalisés par l’élève au stylet sur une tablette.
Cette analyse permet de fournir des feedbacks personnalisés à l’élève pendant qu’il réalise la figure (ex. une erreur d’angle par rapport à la consigne est indiquée en rouge sur la figure dès que cet angle est dessiné). Elle permet également, si nécessaire, de fournir de manière personnalisée des guidages sur les étapes à réaliser ultérieurement (ex. « utilise le compas pour dessiner les cercles respectivement de centre B et de rayon… »).
Un mode auteur intuitif a également été développé. Il permet à l’enseignant d’ajouter des exercices en construisant simplement un exemple de résolution d’un problème sur l’interface. C’est ce qui permet au système tutoriel de synthétiser l’ensemble des stratégies de résolution du problème à partir de la solution proposée par l’enseignant et de superviser ensuite les actions de l’élève quelle que soit la stratégie adoptée.
Au cours des deux années du projet, des études de terrain seront réalisées dans les classes dans le but d’évaluer expérimentalement les nouvelles fonctionnalités de l’application. Nous prévoyons notamment l’ajout d’un agent pédagogique virtuel dont le rôle sera d’enrichir les feedbacks et guidages personnalisés en temps réel pendant la réalisation des exercices. Nous nous appuierons sur les études récentes à propos des agents pédagogiques basés sur l’intelligence artificielle et sur les résultats du projet ACTIF concernant le rôle des feedbacks émotionnels à partir d’émoticônes graphiques sur l’engagement des élèves dans l’apprentissage. Résultats attendus : l’enjeu est d’aboutir à un logiciel consolidé, complètement opérationnel, qui puisse être utilisé dans des enseignements (Cycles 3 et 4). Les effets de l’application seront évalués tant au niveau de la performance (transfert à de nouveaux exercices, y compris sur papier) mais aussi sur l’intérêt des élèves pour la géométrie et leur engagement affectif, cognitif, et comportemental dans les exercices et la discipline. Au terme des deux années du projet nous envisageons de distribuer aux établissements qui le souhaiteraient une version gratuite de la solution IntuiGéo en France afin de valoriser les travaux qui ont été effectués dans le projet e-FRAN.

Établissement coordinateur :
Université Rennes 2

Durée du projet :
24 mois

Montant subvention :
598 K€

Partenaires :
Institut National des Sciences Appliquées de Rennes
INSPE de l’Académie de Poitiers-Université de Poitiers
Académie de Rennes
Académie de Poitiers

Suite et déploiement : rapport d’étape — décembre 2024

Points positifs :

  • Mise en place d’une démarche de co-construction (enseignants, dont enseignants en classe ULIS, IA-IPR, chercheurs) du matériel pédagogique pour les expérimentations et de co-conception de l’application.

 

  • Actions menées auprès des élèves et enseignants:
    • Test utilisateurs d’IntuiGéo auprès de 15 enseignants de mathématiques au collège.
    • Test utilisateurs auprès de 11 élèves en ULIS (2 collèges).
    • Évaluation de prototypes d’agents pédagogiques virtuels auprès 106 élèves de 4 classes de 5e (1 collège).
      • Suite à cela, l’agence de design graphique Crumble Media nous a livré les visuels de l’agent pédagogique, nécessaires au projet (prestation prévue dans le projet).
      • L’agent pédagogique a été intégré à l’interface IntuiGéo par l’IRISA.
    • Expérimentation auprès de 85 élèves en ULIS (10 collèges), sur les effets de l’application sur la motivation et les performances d’élèves à besoins spécifiques.
    • Expérimentation auprès de 266 élèves de 11 classes de 5e (5 collèges), sur les effets du guidage sur les performances et la motivation.
    • Expérimentation en cours auprès d’environ 300 élèves de 15 classes de 5e (7 collèges), sur les effets de l’étayage de la tâche, notamment en prévision d’une version consolidée du système de tutorat intelligent.
    • Enquête en cours (par questionnaire) sur l’acceptabilité de l’application auprès d’experts en mathématiques (formateurs académiques de maths, référents maths de circonscription…).

→ Globalement, nous observons un effet positif des fonctionnalités de feedback correctif et de guidage d’IntuiGéo sur les performances des élèves dans les premières études

 

  • Actions de formation
  • Robert, M. (2023). Projet TRIANGLE : Aide à l’apprentissage de la géométrie sur tablette. Atelier de présentation et de démonstration réalisés auprès d’étudiants de master 1 et master 2 MEEF à l’INSPE Bretagne, 14 avril (2023), Saint-Brieuc.
  • Robert, M. (2023). Projet TRIANGLE : Aide à l’apprentissage de la géométrie sur tablette. Atelier de présentation et de démonstration réalisés auprès d’étudiants de master MEEF à l’INSPE Bretagne, 11 mai 2023, Rennes.
  • Jamet, E., Bonneton-Botté, N., Robert, M. (2024). Apprendre avec le numérique en classe : exemple de l’application IntuiGéo pour l’apprentissage de la géométrie sur tablette. Journée de présentation et de démonstration réalisée auprès de formateurs académiques de mathématiques, formateurs Drane, enseignants en second degré à l’INSPE Bretagne, 4 décembre 2024, Rennes.

 

Récapitulatif des actions et acteurs directement impliqués dans le projet à ce jour sur le projet TRIANGLE (académies de Rennes et Poitiers) : 21 collèges ; environ 30 enseignants ; 38 classes ; environ 760 élèves ; 3 (+1) actions de formation ; 3 expérimentations réalisées et en cours ; 4 tests-enquêtes réalisés et en cours.

 

Difficultés/Problèmes rencontrés :

D’un point de vue informatique, l’évolution de l’application IntuiGéo a été contrariée par plusieurs facteurs durant l’année 2024 :

  • Les premières expérimentations dans les classes ont fait apparaitre des difficultés d’usage non négligeables qui ont entrainé plusieurs demandes de modifications à effectuer du point de vue ergonomique mais aussi sur la qualité de la restitution des feedbacks du tuteur intelligent aux élèves.
  • La complexité de la prise en charge de ces ajustements a été sous-estimée par rapport à la qualification des ingénieurs en informatique (débutants) que nous avons embauché pour le projet (dans un contexte où le marché du travail était très tendu pour trouver des ressources). De plus, en cette fin de projet les ressources scientifiques (post-doctorant) ne sont plus présentes au sein du projet pour épauler l’ingénierie.
  • Ceci a occasionné des retards dans les évolutions et correctifs demandés ainsi que l’introduction d’instabilité dans l’application IntuiGéo rendant difficile le maintien du calendrier initial des expérimentations en classe.
  • Bilan : L’application IntuiGéo est une solution logicielle devenue relativement complexe. Elle nécessite un niveau d’ingénierie mature pour une prise en charge des maintenances évolutives demandés. Nous ne pourrons donc vraisemblablement pas répondre à toutes les demandes dans le temps qui nous reste avec les ressources actuelles.
  • Au niveau du portage multiplateforme (Apple, Android et Windows) : la sous-traitance à une société spécialisée a été un bon choix du fait de l’expertise nécessaire à cette tâche. Nous sommes en train de finaliser une première version multiplateforme (Apple, Android et Windows) du mode d’édition libre de l’application IntuiGéo. Le mode élève sera portée en version multiplateforme en janvier-février 2025, ce qui devrait permettre d’atteindre les objectifs fixés à ce niveau (accessibilité de l’application pour les collèges en fonction de leurs équipements en termes de modèles de tablettes).

 

Du point de vue des expérimentations, les difficultés de développement signalées ci-dessus ont eu des conséquences non négligeables sur le calendrier des études :

  • Si les deux premières études ont pu être réalisées, elles nous ont permis de constater de nombreux problèmes de fonctionnement de l’application engendrés par des comportements parfois difficiles à anticiper des élèves dans leurs stratégies de résolution d’exercices de géométrie. Si l’utilisabilité de l’application est jugée comme bonne par les élèves et les enseignants, c’est bien la qualité des feedback qu’elle fournit qui ne donne pour le moment pas entière satisfaction. En effet, des difficultés dans l’affichage des feedback ont été observés pour environ 40% des élèves ayant participé aux expériences. Ce qui nous a conduit à stopper les études en cours en attendant les correctifs informatiques.
  • La version corrigée d’IntuiGéo devant être livrée fin 2024, nous serons en mesure de réaliser une étude de grande ampleur au printemps, avant la fin du projet. Nous serons donc dans l’incapacité de réaliser les études prévues initialement sur les feedback émotionnels. Au final, ce serait donc quatre études expérimentales, sur les cinq prévues initialement, qui seront réalisées. Quelques tests complémentaires en classe seront également réalisés au printemps.

D’autre part, la réforme du « Choc des savoirs » mise en œuvre à la rentrée 2024-2025 a rendu la planification et l’organisation des sessions d’expérimentation en classe plus complexe en raison de la mise en œuvre des groupes de besoins en mathématiques. Certains collèges, malgré leur intérêt, ont dû se retirer face aux difficultés pour organiser les sessions d’expérimentation en classe et nous avons dû multiplier les prospections de nouveaux établissements sur les académies de Rennes et Poitiers pour atteindre nos objectifs en termes d’effectifs d’élèves impliqués dans les études.

Ressource(s) associée(s)

Logiciel éducatif IntuiGeo

Un système tutoriel intelligent pour l’apprentissage de la géométrie au collège

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Publications

Publications du projet

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