Catégorie : Thèses
Thèses e-FRAN
Mieux comprendre les bases cognitives de la lecture pour en faciliter l’apprentissage
Mon travail de recherche avait pour objectif de mieux comprendre quelles sont les connaissances et opérations cognitives impliquées dans la lecture à travers la modélisation computationnelle de cette activité. Un modèle computationnel est un modèle mathématique implémenté sur ordinateur qui permet de simuler le comportement de lecture. Autrement dit, on définit mathématiquement quels sont les composants du modèle et comment ils interagissent et on peut ensuite tester si le modèle parvient à lire des mots qu’il connaît ou qu’il n’a jamais rencontrés comme les lecteurs humains. Le fait que le modèle reproduise fidèlement le comportement humain permet de valider la conception théorique de la lecture qu’il propose. La plupart des modèles computationnels de lecture (Phénix et al., 2016) s’accordent sur le fait que la lecture repose sur deux procédures : une procédure sérielle qui consiste à mettre en relation des unités orthographiques sous-lexicales avec les unités phonologiques correspondantes (par exemple « AU » correspond à /o/) et une procédure lexicale qui permet d’associer directement le mot entier à sa forme phonologique (par exemple, « BATEAU » associé à /bato/). Cependant, la question de savoir quelle est la taille des unités orthographiques sous-lexicales qui sont prises en compte reste entière. Traite-t-on toujours des graphèmes, ou plutôt des syllabes, ou la taille des unités peut-elle varier ? De la même façon, reconnaître et traiter des unités orthographiques à l’intérieur du mot écrit suppose un mécanisme de segmentation en sous-unités. La question relative à la nature des mécanismes cognitifs impliqués dans cette segmentation n’est actuellement pas résolue. Enfin, doit-on concevoir la mise en relation des unités sous-lexicales orthographiques et phonologiques comme définissant un système de traitement indépendant des connaissances lexicales, ou au contraire, comme s’effectuant par analogie, sur la base des connaissances lexicales mémorisées ? C’est à l’ensemble de ces trois questions que mon travail tente d’apporter des éléments de réponse.
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Évaluation expérimentale et longitudinale d’une application éducative visant le développement des compétences en littératie et en numératie émergentes
Ce travail de recherche s’intéresse au développement des compétences en littératie et en numératie émergentes chez des élèves scolarisés à l’école maternelle française. De nombreuses recherches montrent que les compétences en littératie émergente (LE) et en numératie émergente (NE) sont prédictives des compétences académiques ultérieures (Duncan et al., 2007 ; Jordan et al., 2009). Les enfants présentant un retard dans les apprentissages émergents continuent généralement à développer leurs compétences plus lentement que leurs pairs et risquent de ne pas rattraper le retard accumulé (voir par exemple, Hooper et al., 2010). Aussi, de nombreux programmes d’intervention ont été conduits pour développer et renforcer les compétences des enfants d’âge préscolaire en LE et en NE (Borre et al., 2019 ; Nelson et McMaster, 2019). Récemment, des programmes d’intervention utilisant des applications éducatives sur tablette tactile ont vu le jour pour développer ces mêmes compétences (voir par exemple, Outhwaite et al., 2019).
Ainsi, ce travail se propose de répondre à deux questions principales : (1) L’utilisation de l’application éducative sur tablette AppLINOU (Apprendre avec LINOU en maternelle) dans le contexte de la classe permet-elle de développer les compétences en littératie et en numératie émergentes des élèves de moyenne et de grande section de maternelle ? (2) Comment les compétences initiales des élèves influencent-elles le développement des compétences ultérieures ?
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Modélisation de la coarticulation multimodale : vers l’animation d’une tête parlante intelligible
Dans ces travaux, nous cherchons à simuler par un algorithme l’influence d’un phonème sur la production des phonèmes voisins, phénomène connu sous le nom de coarticulation, dans le but de prédire les mouvements articulatoires nécessaires à la production d’une séquence phonétique. Il faut en effet savoir que nous ne pouvons considérer l’articulation comme une simple concaténation de mouvements articulatoires correspondant aux phonèmes. Dans le domaine d’étude de la production de la parole, il est bien établis que la production d’un phonème est largement influencé par son contexte. Par exemple, la forme des lèvres est très différentes pendant la production du /k/ de « qui » et « quoi, car ce phonème subis une influence de la voyelle suivante. In fine, notre modèle permet de contrôler une tête parlante virtuelle, afin de synchroniser son animation à un segment de parole prononcé par un adulte.
Nous cherchons ici à proposer un nouveau modèle de coarticulation basé sur les techniques récentes d’intelligence artificielle (deep learning) avec pour principal objectif une modélisation indépendante de la langue et de la modalité. Par modalité, nous entendons l’aspect visuelle et articulatoire de la parole, c’est-à-dire les mouvements du visage induits par l’articulation d’un locuteur (modalité visuelle), mais aussi les mouvements des principaux articulateurs internes comme la langue, la mâchoire ou le vélum (la modalité articulatoire). Finalement, nous souhaitons appliquer ce modèle de coarticulation à la langue Allemande afin de proposer un système de synchronisation labiale automatique pour cette langue, capable d’animer un visage virtuelle depuis la voix de l’enseignant.
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Adapter automatiquement les plannings de révisions aux besoins des élèves
Par rapport à un apprentissage « massé », espacer son apprentissage (c’est-à-dire, le découper en plus petites sessions espacées dans le temps) améliore la mémorisation de connaissances à long terme chez l’apprenant (Cepeda et al., 2008 ; Kang, 2016). Des algorithmes d’espacement adaptatif qui personnalisent automatiquement l’espacement entre plusieurs révisions en fonction des besoins de chaque apprenant ont été développés par le passé (Hunziker et al., 2019 ; Lindsey et al., 2014 ; Tabibian et al., 2019). Néanmoins, ces algorithmes fonctionnent seulement pour la mémorisation pure de connaissances simples, comme des flashcards. Au cours de ce travail de recherche, nous avons cherché à étendre les algorithmes d’espacement adaptatif pour qu’ils permettent de réviser un ensemble de composantes de connaissance¹ (CC, Knowledge Components en anglais).
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Conception et évaluation d’un environnement de réalité mixte pour l’apprentissage collaboratif
Le travail de recherche mené dans le cadre de ce projet avait pour objectif de concevoir puis d’évaluer un environnement physico-numérique dédié à l’apprentissage collaboratif en salle de classe. Ici, nous avons essayé d’aller au-delà des outils numériques existants disponibles en salle de classe comme par exemple, l’ordinateur personnel. En effet, ce type de solution bien que largement accessible n’a pas été initialement conçu pour des activités pédagogiques de groupes. Dans ce travail de recherche, nous proposons d’utiliser de nouveaux paradigmes d’interaction avec le numérique, basés notamment sur la réalité augmentée et les interactions tangibles, afin de créer des environnements mixtes où le monde physique sert de support au monde virtuel. Si ces paradigmes existent depuis aux moins deux décennies, ils sont encore peu répandus au sein de notre société et difficilement accessibles hors de cas d’usage très spécifiques.
L’objectif a été de concevoir puis d’évaluer des environnements physico-numériques qui mélangent des objets physiques présents en salle de classe tels que du papier, des crayons et des livres, avec des éléments numériques projetés (images, sons vidéos), au sein d’un même espace de travail. Ainsi, les élèves peuvent travailler de façon active et collective, comme ils le feraient dans un espace purement physique, tout en bénéficiant des possibilités offertes par le numérique.
Pour ce faire, nous nous sommes posés les questions suivantes : 1) Quels types de systèmes de réalité augmentée est le plus bénéfique pour des activités pédagogiques d’apprentissage collaboratif en contexte écologique ? 2) Le système sélectionné est-il utilisable en contexte de salle de classe ?
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Généralisation de motifs séquentiels pour la fouille de données multi-sources
L’objectif général de ce travail de recherche est d’améliorer l’apprentissage scolaire. D’une part, il vise à aider les élèves à comprendre, évaluer leurs performances scolaires et suivre leurs progrès. D’autre part, il vise à aider les élèves à améliorer leurs acquis en fournissant à chacun des recommandations personnalisées. Afin de répondre à nos objectifs, notre travail de recherche s’intéresse à une phase amont : l’analyse et à la compréhension des données d’activité des apprenants ainsi qu’à l’extraction d’informations de comportement-type.
Notre question de recherche principale était : les sources multiples d’informations sur les apprenants, leur comportement et les ressources pédagogiques permettent-elles d’identifier des comportements-type riches, dans un contexte où la quantité de traces et d’informations est limitée ?
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La reconnaissance des émotions à partir d’émoticônes graphiques : des recherches expérimentales à l’étude des usages dans une webradio
Ce travail de recherche s’intéresse à la reconnaissance émotionnelle des émoticônes graphiques, représentations graphiques de visages ainsi qu’à leur usage sur une webradio dans un contexte scolaire. À travers ce travail de recherche, notre premier objectif était d’évaluer la qualité de la reconnaissance des émotions primaires (Ekman, 1992a ; Ekman, 1992b) à partir d’émoticônes qui sont spécifiquement conçues pour les traduire sous une forme graphique.
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Développer les compétences argumentatives de lycéens par des débats numériques sur des Questions SocioScientifiques
Plusieurs questions aujourd’hui cruciales pour le devenir de notre société mettent en jeu les sciences et les technologies : Intelligence Artificielle, bioéthique, OGM… Former les élèves à débattre de façon réflexive et éclairée sur ces Questions SocioScientifiques (QSS) est ainsi devenu un enjeu éducatif majeur. Il s’agit donc pour les élèves de développer leurs compétences argumentatives et leur esprit critique sur ces questions. À cet égard, les outils numériques offrent de nouvelles possibilités pour mener des débats en classe. Ce travail de recherche vise à explorer précisément leurs apports. Nous explorons en particulier l’outil numérique AREN (du nom du projet AREN, ARgumentation Et Numérique), qui permet notamment de baser les débats des élèves sur un texte support, accessible durant le débat. Deux questions principales sont posées ici :
(1) Quels sont les apports d’un outil numérique de débat basé sur un texte pour développer les compétences argumentatives et l’esprit critique des élèves sur des Questions SocioScientifiques ?
(2) Quels sont les apports d’un outil numérique de débat basé sur un texte pour aider les élèves à appréhender la complexité des Questions SocioScientifiques ?
Une séquence d’enseignement centrée sur un débat numérique, menée dans neuf classes de lycée, a été mise en place. Celle-ci intègre l’usage d’une plateforme de débat dont l’une des spécificités est d’utiliser un texte, et non une question, comme point de départ du débat. La qualité argumentative des débats a été étudiée avec une grille d’analyse originale, et des cartographies des débats ont été réalisées. Nous avons effectué un travail didactique poussé sur l’argumentation et son enseignement. Nous avons ainsi pu explorer les objectifs pédagogiques possibles en vue d’un développement des compétences argumentatives sur des QSS. Ce travail a ainsi permis de mettre en lumière différents leviers et obstacles à l’enseignement/apprentissage de l’argumentation sur des QSS.
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Le numérique comme outil pédagogique pour l’apprentissage de la lecture : du laboratoire à la salle de classe
Les objectifs principaux de ce travail de recherche étaient de développer et d’évaluer un outil informatisé d’aide à l’apprentissage de la lecture nommé GraphoGame. Il existe plusieurs outils d’aide, mais ils ne sont que rarement évalués scientifiquement et leur contenu est limité ou restreint. Il nous adonc semblé important de proposer aux enseignants un outil pertinent, complet, évalué et facilement accessible. Cet outil a pour vocation de permettre une réponse individualisée, différenciée et adaptative de « première intention » au sein de l’école. Les expérimentations se sont déroulées au CP et au CE1, donc bien plus tôt que les interventions habituelles. À travers ce travail de recherche nous avons souhaité intervenir dans les établissements en REP et REP+, où le pourcentage d’élèves en grande difficulté de lecture atteint 30 % (Billard et al., 2009 ; Fluss et al., 2009). Nous avons fait l’hypothèse que l’utilisation intensive de cet outil numérique devrait fortement réduire le pourcentage d’élèves en difficulté d’apprentissage de la lecture à la fin du CP, en améliorant leurs compétences en fluence, en décodage et en orthographe.
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La simplification de textes comme outil pour améliorer la fluidité et la compréhension de lecture chez les enfants à l’école primaire
La maitrise de la lecture est un enjeu social majeur. La compréhension d’un texte nécessite de rapidement aller de la reconnaissance des mots à l’élaboration d’une représentation mentale du texte, en s’appuyant sur des analyses linguistiques et des idées venant du texte, en lien avec les connaissances du monde. Dans ce travail de recherche, nous avons étudié dans quelle mesure la simplification de textes pouvait faciliter la lecture et la compréhension de deux types de textes : des textes narratifs et des documentaires scientifiques. La simplification consiste à réduire la complexité d’un texte tout en conservant les informations et le sens original (Siddharthan, 2014). La simplification de textes s’opère à différents niveaux linguistiques : lexical, morphosyntaxique et discursif. Son but est de rendre les textes plus lisibles tout en préservant leur contenu original (Saggion, 2017). Les jeunes lecteurs sont dans une phase décisive d’acquisition des processus de reconnaissance des mots écrits qui est centrale pour la compréhension. Notre problématique était donc la suivante : « Est-ce que la simplification de textes littéraires et de documentaires scientifiques peut améliorer la fluidité et la compréhension en lecture chez des élèves français entre 7 et 9 ans ? ».
Pour atteindre notre objectif, nous avons réalisé trois grandes études qui répondent à cinq questions de recherche :
Question 1 (étude 1) : La simplification de textes peut-elle améliorer la fluidité de lecture et la compréhension de deux types de textes, narratifs et documentaires ?
Question 2 (étude 1) : Est-ce que les compétences initiales des élèves modulent l’effet de la simplification de textes ?
Question 3 (étude1) : Quels facteurs textuels expliquent l’amélioration des compétences en lecture en termes de vitesse et de compréhension chez les lecteurs ?
Question 4 (étude 2) : Est-ce qu’un niveau de simplification, lexical versus syntaxique, est plus bénéfique que l’autre ? Ces niveaux de simplification sont-ils additifs ?
Question 5 (étude 3) : Est-ce qu’un entrainement de trois mois avec des lectures de textes simplifiés ou originaux permet d’augmenter le niveau de fluidité et/ou de compréhension en lecture notamment chez les élèves faibles lecteurs ? Ces études ont permis la création de deux ressources qui sont accessibles librement : le corpus de textes ALECTOR et un livre interactif, « Hibou ».
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