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• Thèse Génération d’exercices et analyse multicritère automatique de réponses ouvertes PépiGen, un système auteur en algèbre élémentaire (pdf)

  Résumé

  Le développement de l’usage des TIC dans l’éducation et la formation amène à se poser le problème du développement d’outils auteurs supportant la prise en compte de la diversité cognitive des élèves dans les EIAH (Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain). Afin de pouvoir disposer de tests diagnostic dans différents contextes et à différentes étapes de la formation, deux problèmes se posent. Le premier problème concerne l’analyse des questions ouvertes qui permettent d’évaluer les productions des élèves au lieu de leur faire choisir des questions préformatées qui induisent des réponses. Or les réponses à ces questions sont difficiles et fastidieuses à évaluer par des praticiens en dehors de contextes de recherche et, les technologies actuelles peinent à les évaluer automatiquement en dehors d’une analyse ad hoc. Le deuxième problème est de créer des banques d’exercices suffisamment divers pour permettre aux enseignants de mettre en place des diagnostics tout au long de la formation. Dans le cadre du projet pluridisciplinaire Lingot, nous traitons ces deux problèmes dans le domaine de l’apprentissage de l’algèbre élémentaire qui, trop souvent, s’érige en barrière insurmontable pour l’accès d’un grand nombre d’élèves à l’enseignement supérieur scientifique. Notre travail de thèse avait ainsi pour objectif la conception et la réalisation d’un système qui permette à un auteur non informaticien (enseignant ou didacticien des mathématiques), d’alimenter une banque d’exercices de diagnostic cognitif. De tels exercices sont accompagnés d’une grille d’analyse multidimensionnelle des réponses anticipées des élèves à ces exercices, ces réponses pouvant être contraintes ou libres. Nous proposons un modèle conceptuel de classes paramétrées d’exercices et une chaîne logicielle pour faciliter la création d’exercices et pour générer automatiquement le diagnostic associé des réponses à ces exercices, y compris des réponses ouvertes exprimant des raisonnements complexes. La démarche de conception que nous avons adoptée est une démarche par prototypage qui convient bien à une approche pluridisciplinaire et à un travail avec des praticiens. Dans un premier temps, un test diagnostic a été mis au point par des didacticiens des mathématiques. Puis, à partir de ce test originel, nous avons défini des classes paramétrées d’exercices. Lorsque les paramètres sont suffisamment contraints, le système génère automatiquement des exercices similaires en fonction du niveau scolaire. Dans le cas contraire, l’auteur saisit les valeurs des paramètres pour adapter l’exercice. Dans les deux cas, et c’est l’originalité principale de notre proposition, le système génère automatiquement les raisonnements corrects ou erronés fréquemment observés à ce niveau scolaire et la grille d’analyse multidimensionnelle des réponses. Nous avons développé le logiciel PépiGen, mettant en œuvre ce modèle sur un diagnostic de compétences en algèbre pour des élèves de l’enseignement secondaire. Afin de générer les solutions anticipées, correctes ou erronées, nous avons conçu et développé un composant de calcul formel, Pépinière, qui traite les expressions algébriques nécessaires à la génération des exercices, à la génération automatique des réponses anticipées et à l’analyse automatique des réponses des élèves. Une expérimentation pilote a montré la pertinence de notre approche. Des projets sont en cours pour adapter le modèle que nous avons proposé à la conception d’autres EIAH.
• Projets Lingot et Pépite,