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

Design of an intelligent tutoring system for geometry learning based on on-the-fly interpretation of handdrawn figures production

• Auteur / Autrice : Omar Krichen
• Direction : Éric Anquetil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2020
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Py
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Anquetil, Dominique Py, Stéphanie Jean-Daubias, Jean-Yves Ramel, Véronique Eglin, Harold Mouchère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Jean-Daubias, Jean-Yves Ramel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planification -- Informatique

Reconnaissance des formes (informatique)

Apprentissage interactif

Mots clés libres

Systèmes tutoriels intelligents

Interprétation à la volée de documents manuscrits

Planification

Grammaires bidimensionnelles

Interaction stylet-doigt

Intelligent tutoring systems

On the fly interpretation of hand-Drawn documents

Planning

Bi-dimensional grammars

Pen-touch interaction

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet national « e-Fran » dénommé ACTIF et porte sur la conception du système tutoriel intelligent IntuiGeo pour l’apprentissage de la géométrie au collège sur tablette orientée stylet.Les contributions de cette thèse s'inscrivent dans deux axes.Le premier porte sur la conception d’un moteur de reconnaissance permettant l’interprétation à la volée de figures géométriques. Il est basé sur un formalisme grammatical générique, GMC-PC (Grammaire Multi-ensembles à Contraintes Pilotée par le Contexte). Le deuxième axe adresse l’aspect tutoriel du système. Nous définissons un mode auteur qui permet au tuteur de générer des exercices de construction à partir d'une solution dessinée par l'enseignant. La connaissance spécifique au problème est représentée par un graphe de connaissance. Cette modélisation permet au tuteur de s’affranchir de la procédure suivie par l’enseignant et d’évaluer la production de l'élève, en temps-réel, quel que soit la stratégie suivie. Nous définissons de plus un module expert, basé sur un environnement de planification, capable de synthétiser des stratégies de résolution des problèmes. Le système tutoriel est capable de générer des feedbacks de correction et de guidage adaptés à l'état de l'avancement de l'élève. Les résultats des expérimentations en classe démontrent l’impact pédagogique positif du système sur la performance des élèves, notamment en termes de transfert d’apprentissage entre support numérique et papier.

This PhD is in the context of the « e-Fran » national project called ACTIF and deals with the design of the pen-based intelligent tutoring system IntuiGeo, for geometry learning in middle school. The contribution of this work are grouped into two axes.The first axis focused on the design of a recognition engine capable of on the fly interpretation of Han-drawn geometrical figures. It is based on a generic grammatical formalism, CD-CMG (Context Driven Constraints Multiset Grammar). The challenge being to manage the complexity of the real-time analysis process, the first contribution of this work consisted in extending the formalism, without losing its generic aspect. The second axis of this work addresses the tutorial aspect of our system.We define au author mode where the tutor is able to generate construction exercises from a solution example drawn by the teacher.The problem specific knowledge is represented by a knowledge graph. This representation enables the tutor to consider all possible resolution strategies, and to evaluate the pupil’s production in real-time. Furthermore, we define an expert module, based on a dynamic planning environment, capable of synthesizing resolution strategies. The tutoring system is able to generate guidance and corrective feedbacks that are adapted to the pupil’s resolution state. The results of our experiment conducted in class demonstrate the positive pedagogical impact of the system on the pupils performance, especially in terms of learning transferability between the digital and traditional support.