Guider les esprits de demain : agents conversationnels pour entraîner la curiosité et la métacognition chez les jeunes apprenants

Guiding the minds of tomorrow : conversational agents to train curiosity and metacognition in young learners

• Auteur / Autrice : Rania Abdelghani
• Direction : Hélène Sauzéon, Pierre-Yves Oudeyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives
• Date : Soutenance le 03/09/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : Sociétés, Politique, Santé Publique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bordeaux population Health
• Jury : Président / Présidente : Susan Engel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamie Jirout, Jill-Jênn Vie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Margarida Romero, Azzurra Ruggeri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enseignement -- Méthodes actives

Psychologie de l'apprentissage

Mots clés libres

Curiosité épistémique

Métacognition

Agents Conversationnels

Intelligence Artificielle en Éducation

Questionnement

IA générative

Epistemic curiosity

Metacognition

Conversational Agents

Artifficial Intelligence in education

Question-Asking

Generative AI

Résumé

La curiosité épistémique (CE), i.e. le désir d’explorer une information pour le plaisir qu’elle procure, est un phénomène étudié dans divers domaines. Plusieurs chercheurs ont souligné son rôle fondamental dans le développement cognitif et la promotion d’un apprentissage continu. De plus, la CE est considérée comme clé pour cultiver un esprit capable de s’adapter aux incertitudes du monde. Ces recherches ont suscité un grand intérêt pour la CE en éducation, la considérant essentielle pour permettre aux individus d’être actifs et maîtres de leur apprentissage. Ce sont des propriétés cruciales pour relever certains des défis éducatifs: offrir aux élèves un soutien adapté à leurs compétences et motivations, et les aider à être des apprenants autonomes et indépendants dans des environnements dynamiques et incertains. Malgré son importance, l’implémentation de la CE dans les salles de classe reste limitée. Notamment, l’une des principales expressions de la CE—le questionnement— est presque absente dans la plupart des établissements: les élèves sont souvent amenés à répondre aux questions des enseignants plutôt qu’à poser les leurs. Et lorsqu’ils posent des questions, elles sont généralement de bas niveau et, contrairement aux questions curieuses, ne cherchent pas de nouvelles informations majorantes aux connaissances antérieures. Cette thèse propose donc de développer des technologies éducatives qui visent à favoriser l’apprentissage dirigé par la CE, en entraînant les comportements de questionnement curieux et les compétences qui lui sont liées. Pour cela, nous proposons des interventions pour entraîner trois dimensions:1) Les compétences linguistiques de questionnement: On implémente un agent conversationnel pour aider les élèves à générer des questions curieuses lors de tâches de lecture-compréhension. L’agent fournit des indices spécifiques pour faciliter l’utilisation des mots interrogatifs composés et des constructions interrogatives. Différentes structures d’indices (phrase vs. série de mots-clés) et leurs modes de génération (manuellement vs. par GPT-3) sont étudiées. 2) Les compétences métacognitives (MC) liées à la CE: On crée des vidéos animées pour donner des connaissances déclaratives sur les compétences MC liées à la CE: l’autoréflexion, faire des hypothèses, formuler des questions et évaluer les nouvelles informations. On propose également des sessions pour pratiquer ces compétences lors de tâches de lecture-compréhension, en utilisant des indices donnés par des agents conversationnels conçus pour entraîner la MC procédurale. 3) Les perceptions sociales: On crée des vidéos animées pour expliquer la CE et sa mise en pratique pour corriger les idées négatives qu’ont les apprenants sur ce concept. Plus de 150 élèves français âgés de 9 à 11 ans ont été recrutés pour tester l’entraînement de ces dimensions. Combinées, ces dernières ont amélioré la sensibilité MC des élèves et leur perception de la curiosité. Ces deux facteurs ont, à leur tout, facilité les comportements de questionnement divergent. Cela a également conduit à un progrès d’apprentissage plus fort et à des expériences d’apprentissage positives et soutenables. Mais malgré ces résultats, nos méthodes présentent certaines limites, en particulier leur courte durée. Cette thèse encourage donc le travail sur des solutions plus durables afin d’examiner les effets à long terme sur la CE. Enfin, cette thèse souligne la nécessité de continuer à explorer les recherches sur le questionnement et la MC à l’âge de l’intelligence artificielle générative (IAG). Bien que la IAG facilite l’accès à l’information, elle nécessite encore de bonnes capacités de questionnement et de MC, pour prévenir les mésuages et/ou faciliter leur détection. Nous proposons un Framework liant l’utilisation efficace de la IAG en éducation, les compétences de questionnement et de MC, et la littératie en IAG. Nous présentons également une étude comportementale pour tester ces relations.

Epistemic curiosity—the desire to actively seek information for its inherent pleasure—is a complex phenomenon extensively studied across various domains. Several researchers in psychology, neuroscience, and computer science have repeatedly highlighted its foundational role in cognitive development and in fostering lifelong learning. Further, epistemic curiosity is considered key for cultivating a flexible mindset capable of adapting to the world’s uncertainties. These insights have spurred significant interest in the educational field, recognizing curiosity as essential for helping individuals be active and in control of their learning. These properties are crucial for addressing some of today’s major educational challenges, namely offering students individualized support to suit their competencies and motivations, and helping them become able to learn autonomously and independently in their dynamic and uncertain environments. Despite this well-documented importance of curiosity in education, its practical implementation and promotion in the classroom remains limited. Notably, one of the primary expressions of curiosity— question-asking (QA)—is nearly absent in most of today’s educational settings. Several reports show that students often spend a lot of time answering teachers’ questions rather than asking their own. And when they do ask questions, they are typically low-level and memory-based, as opposed to curious questions that seek novel information. In this context, this thesis aims to develop educational technologies that can foster children’s curiosity-driven learning by practicing curious QA behaviors, and their related metacognitive (MC) skills. Ultimately, we implemented interventions to train three dimensions: 1) Linguistic QA Skills: We implement a conversational agent to train the ability to formulate curious questions using compound questioning words and correct interrogative constructions. It helps children generate curious questions during reading-comprehension tasks, by providing specific cues. The effectiveness of different cue structures (a sentence vs. series of keywords) and implementations (hand-generated vs. GPT-3-generated content) is studied. 2) Curiosity-related metacognitive Skills: We create animated videos to give declarative knowledge about curiosity and its related MC skills: the ability to self reflect, make educated guesses, formulate efficient questions, and evaluate newly-acquired information. We also propose sessions to practice these skills during reading-comprehension tasks using specific cues given by conversational agents we designed to train procedural MC. 3) Social Perceptions and beliefs: We create animated videos to address the negative constructs learners tend to have about curiosity. They explain the importance of curiosity and how to control it during learning. Over 150 French students aged 9 to 11 were recruited to test these trainings of the three dimensions. Combined, these latter enhanced students’ MC sensitivity and perception of curiosity. At their turn, these factors facilitated students’ divergent QA behaviors which, at their turn, led to stronger learning progress and positive, affordable learning experiences. But despite the positive results, our methods had limitations, particularly their short duration. We suggest testing longer-lasting interventions to examine their long-term effects on curiosity. Finally, this thesis highlights the need to continue exploring QA and MC research in the age of Generative Artificial Intelligence (GAI). Indeed, while GAI facilitates access to information, it still requires good QA abilities and MC monitoring to prevent misinformation and facilitate its detection. We thus propose a framework to link efficient GAI use in education to QA and MC skills, and GAI literacy. We also present a behavioral study we intend to conduct to test this framework.