CE38 - Révolution numérique : rapports au savoir et à la culture

Sytème tutoriel intelligent pour l'apprentissage par le croquis – SKETCH

Système tutoriel intelligent pour l’apprentissage par croquis

Plusieurs travaux récents ont démontré que des activités pédagogiques basées sur la réalisation de croquis ont des effets positifs sur la qualité des apprentissages de concepts scientifiques. L’usage de systèmes innovants tels que des tablettes numériques avec stylet peut permettre de concevoir et d’évaluer de nouveaux types de guidage basés sur l’intelligence artificielle, notamment des guidages automatiques et personnalisés en temps réel pendant la tâche de dessin.

OBJECTIFS DU PROJET

L’objectif du projet SKETCH est donc (1) de concevoir de manière collaborative un système tutoriel intelligent qui soit capable d’analyser en temps réel les actions de l’apprenant lors de l’élaboration à main levée d’un croquis scientifique complexe sur tablette, et (2) d’évaluer et d’optimiser les effets sur l’apprentissage des guidages et des feedbacks qui seront fournis par ce système. Ce projet est réalisé en collaboration entre deux équipes de recherche : le LP3C (Laboratoire de Psychologie, Cognition, Comportement, Communication) et l’équipe IntuiDoc de l’IRISA (Laboratoire d’informatique). Il sera focalisé sur la réalisation de croquis dans le cadre de l’apprentissage de l’anatomie. Deux instituts de formation paramédicale sont partenaires du projet : L’IFPEK (Institut de Formation en Pédicurie-Podologie, Ergothérapie et Masso-Kinésithérapie de Rennes) et l’IFPS (Institut de Formation des Professionnels de Santé). Ce partenariat permettra d’impliquer les formateurs et les étudiants dans le projet. <br /><br />Le système de tutorat intelligent (STI) permettra de fournir des étayages variés de l'activité de croquis sur tablette (supports visuels ou verbaux, feedbacks, démonstrations, aides contextuelles). Dans la phase initiale du projet, ces supports seront choisis par le formateur (tutorat statique). Dans la seconde phase, le recours à des techniques d’intelligence artificielle (reconnaissance de formes, modélisation de la connaissance) permettra de fournir en temps réel des supports personnalisés en fonction des difficultés rencontrées par les apprenants (tutorat dynamique).

D’un point de vue méthodologique, deux démarches complémentaires sont utilisées : la démarche de conception centrée utilisateurs (CCU) et la méthodologie expérimentale. Il s’agit pour la première d’impliquer les différents utilisateurs finaux (étudiants et formateurs) dans le développement du dispositif, afin que ce dernier soit adapté à leurs besoins et soit facile à utiliser. La méthodologie expérimentale est parallèlement utilisée pour valider de manière rigoureuse les différentes fonctionnalités du dispositif. Elle consiste notamment à comparer les performances et le niveau de motivation de différents groupes d’étudiants à qui seront fournis les guidages proposés dans les différentes versions du dispositif.

LP3C : Durant une première phase d’analyse du besoin, plusieurs actions (entretiens et des tests utilisateurs) ont été menées auprès des formateurs·rices et d’étudiant·e·s issu·e·s des instituts partenaires du projet. Ces formateurs·rices se sont par la suite impliqué·e·s dans la construction des matériels pédagogiques sur tablette ainsi que dans l’organisation des études intégrées dans leurs cours TD. Des questionnaires permettant d’identifier les stratégies d’apprentissages par le dessin des étudiants ont également été diffusés en filières médicales et paramédicales variées. Une étude permettant d’évaluer l’expérience utilisateur avec l’outil a été menée auprès d’étudiant·e·s en psychologie. Les résultats ont montré une acceptabilité et un intérêt situationnel élevés.
Trois études expérimentales de plus grande ampleur ont été menées dans le cadre de la thèse en psychologie. Elles avaient pour objectif d’évaluer les effets du dessin sur la qualité des apprentissages. La première étude a été réalisée auprès de 90 étudiant·e·s en première année de kinésithérapie. Les autres études ont été menées auprès d’une promotion de 97 étudiant·e·s en deuxième année de soins infirmiers. Les résultats mettent en avant 1) des scores élevés d’utilité perçue de l’activité de dessin et 2) un effet bénéfique de celle-ci sur la mémorisation à court et long terme des informations spatiales et imagées.
IRISA : Une première phase a consisté à développer un STI statique (WP2.1). Les retours des test utilisateurs ont permis l’évolution du STI statique et une avancée conséquente sur le STI dynamique, principalement sur le mode auteur permettant à l’enseignant de créer de nouveaux exercices (WP2.3). L’extraction supervisée de règles n’ayant pas été abordée sur cette phase, notre travail s’est focalisé sur le mode étudiant (WP2.4).
Nous avons mis en place des techniques de reconnaissance de formes basées sur des règles de composition grammaticale bidimensionnelles afin de modéliser la structure du document et d'enrichir la connaissance du domaine. Pour modéliser la connaissance tutorielle du système, nous nous basons sur une modélisation à base de contraintes du domaine, c’est-à-dire qu’un problème est représenté par un ensemble de contraintes qui doivent être satisfaites pour que l’exercice soit résolu. Ces contraintes sont représentées par un graphe de connaissance.
Nous avons implémenté une première version STI dynamique (“IntuiSketch”) en mode étudiant qui analyse les tracés manuscrits des étudiants relativement à un exercice donné en entrée (dessin de l'anatomie du rachis lombaire). Le système est capable d’analyser les tracés de l’étudiant et de générer des feedbacks sur la forme, l’emplacement, et les contraintes spatiales liant les différentes entités anatomiques.

Les travaux de recherche du projet vont se poursuivre avec le développement du STI dynamique et la mise en place d'étude sur les effets des différentes formes de guidage proposées par les formateurs ou le STI.

Barchouch I., Anquetil E., Girard N., Krichen O. Système tutoriel intelligent pour l'apprentissage par croquis Projet Sketch. SIFED 2023 – Symposium International Francophone sur l’Ecrit et le Document, Jun 2023, Paris, France.

Des travaux récents ont démontré que des activités pédagogiques basées sur la réalisation de croquis ont des effets positifs sur la qualité des apprentissages de concepts scientifiques, notamment lorsque l’apprenant est guidé dans cette activité. Si celle-ci est réalisée sur tablette numérique avec stylet, alors des guidages innovants basés sur l’intelligence artificielle peuvent être élaborés. Ce projet sera focalisé sur la réalisation de croquis dans le cadre de l’apprentissage en anatomie. L’objectif sera de concevoir un système tutoriel intelligent capable d’analyser en temps réel les actions de l'apprenant lors de l’élaboration à main levée d’un croquis scientifique complexe. En comparant ces croquis au modèle de l’enseignant, ce système fournira des guidages et des feedbacks en temps réels aux apprenants. Afin d’optimiser leurs effets sur l’apprentissage, ces aides seront évaluées dans une série d’études impliquant plusieurs centaines d’étudiants en formation paramédicale.

Coordination du projet

Eric Jamet (Laboratoire de Psychologie : Cognition, Comportement, Communication)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IRISA Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires
LP3C Laboratoire de Psychologie : Cognition, Comportement, Communication

Aide de l'ANR 484 623 euros
Début et durée du projet scientifique : - 42 Mois

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