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wiTeach - un support interactif pour l’enseignement




Zeno CRIVELLI

Eytan ZYSMAN


Le projet wiTeach que nous présentons dans cet article appartient à l’univers émergeant des NTIC (nouvelles technologies pour l’information et la communication). Il a été développé à l’EPFL dans le cadre d’un travail académique et n’a pas la prétention de résoudre tous les problèmes liés à l’enseignement, mais de contourner un certain nombre de difficultés récurrentes à ce domaine d’activité.

La qualité de l’enseignement produit en cours, pendant les exercices ou les séances de laboratoire, dépend en partie de l’interaction entre les élèves et, le meilleur vecteur de communication qui soit, l’enseignant. Cette interaction ne doit pas se manifester uniquement en volume d’échanges, mais aussi dans la simultanéité des échanges. wiTeach a précisément été développé pour satisfaire cette argumentation.

Les interactions entre formateurs et élèves

Une première question vient naturellement à l’esprit, formulée avec deux aspects intrinsèquement liés : Pourquoi l’interaction est-elle nécessaire et sous quelle forme ?

La question est complexe car elle touche principalement la nature humaine de cette problématique. Le suivi des élèves est comparable à un biorythme avec des hauts et des bas selon l’humeur, la forme physique, les inattentions, la prestation plus ou moins convaincante et attractive de l’enseignant,...

Une classe qui décroche signifi-cativement montre des signes qu’un enseignant expérimenté peut percevoir. L’enseignant peut alors intervenir plus ou moins brutalement auprès de son auditoire (changement de rythme, de discours, de méthode, questions collectives, individuelles,...) et produire l’électrochoc salvateur.

Lorsque ce phénomène est plus discret ou ne concerne qu’une partie de l’audience, sa perception devient plus difficile. Seule une réaction explicite (question d’un élève) pourrait révéler le malaise. Malheureusement, cette situation se produit rarement en cours, la plupart des élèves n’osant pas révéler leur propre situation afin de ne pas s’exposer au regard du groupe (aspect psychologique).

De nouveau, l’expérience d’un enseignant lui permettrait d’anticiper des problèmes récurrents en questionnant les élèves. Là encore, c’est un groupe limité d’élèves qui répond (généralement toujours les mêmes), et l’évaluation ne traduit pas le climat global de la classe.

En résumé, il faut contourner plusieurs obstacles de nature pratique (gérer une masse d’élèves en instantané) mais aussi psychologiques (timidité). Percevoir un malaise est une chose, mais en déterminer la cause en est une autre encore plus délicate. C’est exactement à tous ces niveaux que wiTeach peut intervenir.

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figure 1
L’idée de base. Une communication sans fil bidirectionnelle entre l’unité centrale du formateur et les appareils portables des étudiants

.

Définition de l’environnement

wiTeach est un environnement de travail facilitant l’échange en temps réel entre les deux partenaires, l’enseignant et sa classe. Compte tenu du nombre d’élèves, cet environnement doit préserver, selon les nécessités, l’anonymat des élèves (un grand nombre d’élèves est un facteur dissuasif pour s’exposer en public) et être suffisamment performant pour que la communication puisse suivre le rythme de la séance.

Comment réaliser un tel environnement ? Si on analyse les technologies disponibles, on devine intuitivement la structure de base d’un tel système de communication. Fondamentalement, on doit munir les étudiants d’un appareil portable communiquant avec l’unité centrale gérée par l’enseignant. On peut déjà imaginer que cette dernière soit matérialisée par un ordinateur portable classique (notebook) offrant alors beaucoup de mobilité et de flexibilité à l’enseignant. Pour garantir les mêmes avantages aux étudiants (usage du concept couvrant plusieurs cours, plusieurs classes, plusieurs salles), l’environnement doit être exploité sur plusieurs supports portables (PDA, téléphones cellulaires, ordinateurs portables) connectés par un réseau sans fil au notebook du professeur.

Fonctionnalités actuelles

Les fonctionnalités sont représentées par catégorie. Elles se déclinent en plusieurs sous-fonctionnalités décrites plus précisément dans le rapport de diplôme de Zeno Crivelli et justifiées dans un livre en gestation.

La première fonctionnalité développée permet de fixer le baromètre de la classe. Les élèves communiquent leurs température, sous forme d’une sélection de couleur exprimant réellement leur situation (fig.2).

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Figure 2

Une plus grande précision de la situation peut être prise en compte grâce à des questions spécifiques transmises à l’enseignant.

Naturellement, l’enseignant peut interroger la classe (sous forme de QCM - question à choix multiples [fig. 3]) et obtenir une collection de réponses. Le traitement s’effectue en temps réel et les résultats sont affichés immédiatement pour que la réaction de l’enseignant soit rapide et objective.

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figure 3

Une nouvelle idée a été introduite pour permettre aux élèves de recevoir sur leur appareil portable l’ensemble des questions posées par leurs camarades et qui n’ont pas encore été satisfaites par l’enseignant. Cet artifice permet aux élèves de voter en faveur d’une question, appuyant ainsi la ou les questions qu’eux-mêmes auraient souhaité poser.

Une autre fonctionnalité est exploitée dans le cadre des exercices en classe où la disponibilité des assistants est limitée par rapport au nombre d’élèves présents. Une liste chronologique est projetée depuis un beamer connecté à l’ordinateur de l’enseignant et réactualisée en temps réel afin que l’intervention de l’assistant soit correctement orientée.

Cette liste peut sembler simpliste, cependant, l’imitation la plus simple du comportement humain nécessite une infrastructure complexe comme le suggère, ci-après, la description des mécanismes.

Les mécanismes

La figure 1 représente une vision très épurée de wiTeach, et la véritable implémentation du concept comporte des mécanismes beaucoup plus complexes (fig. 4).

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Figure 4
Schéma complet des mécanismes d’échanges dans wiTeach

wiTeach midlet

L’analyse qui suit, traduit l’évolution de la réflexion, rythmée par l’évolution technologique :
• A l’origine du projet, l’une des principales questions qu’il a fallu se poser était relative au type d’appareil portable (utilisé par l’étudiant pour communiquer avec le notebook de l’enseignant) qui serait le plus adéquat. Le PDA s’est avéré alors un choix idéal. Lorsque l’idée a germé il y a 18 mois environ, les possibilités de connecter un PDA à Internet étaient très limitées : aucun modèle n’intégrait la technologie Wi-Fi [1], et les cartes d’extension SD (Secure Digital) avec Wi-Fi intégré promises par SanDisk avaient été retardées [2].

• L’effort s’est reporté sur la technologie J2ME (Java 2 Micro Edition) exploitée par le monde des téléphones portables et qui semblait devoir substituer le PDA.

• Il s’agit effectivement de la plate-forme Java, intégrée dans tous les derniers modèles de téléphones mobiles. L’intégration de Java dans les téléphones est assez impressionnante car elle permet, pour la première fois, de développer des applications pour téléphone mobile (appelées MIDlets) indépendamment du modèle utilisé.

• En adoptant un téléphone mobile Java-enabled avec une connexion GPRS [3], on disposait donc de l’équipement nécessaire pour concrétiser la partie client de wiTeach (qui fut appelée wiTeach midlet ), pour en tester le fonctionnement et démontrer ainsi la faisabilité du projet.

• Mais le fait d’avoir adopté la plate-forme J2ME (et le protocole associé MIDP [4]) sur téléphones mobiles, n’a absolument pas exclu l’utilisation d’autres appareils portables. En fait, en utilisant Java, l’application programmée pour téléphone mobile a facilement été adaptée pour tourner sans problème sur un Palm ou un PocketPC, car il existe actuellement de bonnes implémentations J2ME pour ces PDA (palmOne, par exemple, a récemment livré une nouvelle machine virtuelle Java J2ME [5], beaucoup plus performante que l’ancienne implémentation J2ME de Sun [6]).
• On trouve désormais sur le marché, les premiers PDA avec Wi-Fi intégré. Leur nombre est pour l’instant limité, mais cette situation changera.
• Or, cette technologie sans fil intégrée dans les PDA actuels, alliée au nouvel environnement J2ME évoqué précédemment, représente une plate-forme complémentaire pour wiTeach midlet (les étudiants).
• Dans la figure 4 on remarque que les appareils portables sur lesquels tourne wiTeach midlet sont désormais diversifiés : les étudiants peuvent interagir avec wiTeach depuis un téléphone mobile, un Palm, un Pocket PC ou autre. Dans le cas d’un téléphone mobile, la connexion avec le serveur se fera via GPRS, tandis que dans le cas d’un PDA on utilisera une connexion Wi-Fi.
• Il faut absolument remarquer que le couple PDA + Wi-Fi ne constitue pas une alternative qui exclut la solution téléphone mobile + GPRS. Les deux plates-formes vont pouvoir coexister parfaitement dans wiTeach. Actuellement il est tout à fait possible de se connecter au système wiTeach simultanément avec des Palm et avec des téléphones mobiles !

wiTeach server

• Il s’agit essentiellement du serveur qui va gérer la communication et le flux de données entre le groupe des étudiants (wiTeach midlet) et le formateur (wiTeach admin). C’est le coeur non-visible de wiTeach et son importance est fondamentale.
• La communication entre les appareils portables des étudiants et l’unité centrale (notebook) de l’enseignant est réalisée par l’intermédiaire de wiTeach server et non pas directement (comme le suggérait schématiquement la figure 1)
• Ce serveur existe pour deux raisons essentielles :
 1) La gestion d’un grand flux de données échangées en est la raison technique
 2) Les premières réflexions sur wiTeach ont révélé l’impact commercial que ce produit pourrait avoir. Afin de protéger le coeur intelligent de wiTeach (en terme de traitement logique de données), celui-ci a été développé dans un module séparé.

wiTeach database

• La figure 2 donne une vue complète des types de mécanismes mis en jeu, cependant, elle ne reflète pas la quantité de mécanismes mis en jeu. Elle représente en effet le cas simpliste dans lequel wiTeach server doit gérer un seul cours : un formateur avec sa copie de wiTeach admin et un groupe d’élèves utilisant wiTeach midlet sur leurs appareils portables. Dans le cadre d’une application réelle de wiTeach dans un établissement scolaire, la situation est bien plus complexe : plusieurs cours utilisant wiTeach doivent pouvoir être donnés simultanément. Il faut comprendre que, même dans ce cas, wiTeach server reste une entité unique du système : il s’agit d’un serveur capable de gérer plusieurs cours et donc plusieurs copies de wiTeach admin en communication avec une multitude de wiTeach midlets.
• Pour accomplir cette tâche, une base de données a été conçue : wiTeach database . Chaque cours est identifié par un code, chaque enseignant possède un compte (nom et mot de passe) pour accéder à son cours ; tout est stocké dans la base de données et wiTeach server y accède pour identifier et sécuriser toute connexion provenant des autres éléments externes de wiTeach. D’autre part, différents modes pour chaque cours peuvent être définis : dans le cas d’un cours en mode anonyme, les étudiants peuvent se connecter au système depuis leurs appareils portables sans devoir s’identifier. Un cours en mode enregistré oblige une identification (nom et mot de passe) de la part des étudiants afin de pouvoir accéder au cours wiTeach. Un troisième mode spécifique EPFL permet aux étudiants de se connecter au système en spécifiant simplement leur numéro SCIPER. Les fonctionnalités du système s’adaptent en fonction du mode choisi pour le cours : dans le cas d’un cours où les étudiants sont connectés de façon complètement anonyme, par exemple, l’envoi direct de textes écrits à l’enseignant est bloqué pour éviter des abus, voire une perversion de l’usage de l’environnement. Or, toutes ces informations font partie des données relatives à un cours qui sont stockées dans la base de données.

wiTeach site

• Afin que le formateur puisse personnaliser les données de son cours, un site a été créé en communication directe avec le serveur et la base de données : wiTeach site . Depuis ce site, les enseignants peuvent gérer leur compte et tenir à jour différentes informations spécifiques aux cours qu’ils ont intégrés dans wiTeach. Ils peuvent modifier plusieurs paramètres, par exemple, le nom du cours (dont le code est unique dans la base de données), le mode du cours (voir explications précédentes), limiter le nombre de participants à un cours, générer une clef aléatoire à durée limitée qui devra être spécifiée par les étudiants depuis wiTeach midlet afin d’éviter des interventions externes au cours.

wiTeach admin

• C’est l’outil de l’enseignant qui lui permet de gérer les données échangées avec les appareils portables des différents étudiants (wiTeach midlets) présents dans la classe.

• L’application est à l’image des différentes activités évoquées précédemment, subdivisée en autant de sections que de fonctionnalités existantes. Chaque section peut être représentée en mode plein écran et projetée sur une paroi grâce à un beamer, ce qui permet de partager avec la classe les informations traitées, tout en garantissant un impact visuel efficace.

• Le soin porté à la qualité de l’interface graphique accentue davantage l’effet visuel obtenu. En d’autres termes, le produit doit non seulement être fonctionnel, mais aussi susciter l’envie d’être utilisé. wiTeach admin tourne actuellement sur la plate-forme Mac OS X qui dispose de toutes les ressources ayant permis une exploitation de cette qualité (fig.5).

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figure 5
wiTeach admin sur Mac OS X

Perspectives

wiTeach existe et fonctionne. Avec un système de communication solide et ainsi conçu, la création de nouvelles applications n’a pratiquement pas de limite.
Il est prévu par exemple :

• de réaliser des QCM avec un diagnostic individuel en temps réel pour chaque élève ;

• de suivre les exercices, étape par étape et de communiquer à chacune d’elle, la nature des problèmes qui se sont manifestés (usage d’un dictionnaire de problèmes) ;

• d’intégrer dans la base de données la liste des questions évoquées lors d’une session et de la publier automatiquement dans le site pour constituer une collection de problèmes à consulter.

Paradoxalement, un tel environnement pourrait donner plus d’autonomie aux élèves. En effet, une formation de qualité ne suppose pas forcément plus de connaissances acquises, mais plus de savoir-faire. Ceci préfigure peut-être l’émergence de nouveaux concepts pédagogiques où l’enseignant jouerait davantage un rôle de guide privilégiant les outils de réflexion plutôt que la connaissance brute.

On imagine enfin sans difficulté que le noyau de base de wiTeach puisse être exploité pour des applications qui sortent du domaine scolaire.

Une présentation du produit aura lieu en mars, dans le cadre de la défense du diplôme de M. Crivelli.

Les commentaires, questions et suggestions sont les bienvenus.

[1] Wi-Fi (Wireless fidelity) est le terme utilisé pour décrire un réseau sans fil basé sur la norme IEEE 802.11. La norme standard Wi-Fi la plus utilisée actuellement est la 802.11b qui permet l’échange de données via ondes radio à 2.4Ghz avec un débit de 11Mbps

[2] palminfocenter.com/view_story.asp ?ID=5422 : SanDisk Wifi SD Not Expected until Fall ; palminfocenter.com/view_story.asp ?ID=6215 : Palm Wi-Fi SD Card Delay Continues

[3] General Packet Radio Service. Il s’agit d’un service fonctionnant dans le réseau GSM, et permettant l’envoi sans fil de données au moyen de paquets. Il fournit donc une connexion Internet au téléphone, mais contrairement au système WAP over GSM, le système GPRS ne crée de connexion que lorsque l’envoi ou la réception de données est nécessaire. La technologie permet, en outre, d’augmenter sensiblement la vitesse de transfert

[4] D’où le nom MIDlets.

[5] http://palmone.com/java

[6] http://java.sun.com/products/midp4palm/



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