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wiTeach, un enseignement interactif en phase de Test




Zeno CRIVELLI

Eytan ZYSMAN


Résumé

Cet article fait référence à une parution dans le FI 2 de mars 2004. Le concept technique avait été présenté ainsi que la justification de son exploitation.
Contrairement à la phase précédente où seul l’aspect technique du concept avait été validé, il nous manquait une évaluation grandeur nature avec un public correctement ciblé (les élèves) dans un contexte crédible (un cours). C’est l’objet de l’expérience que nous relatons. D’autre part, ce document introduit une nouvelle vision de l’architecture de l’application, extrêmement modulaire, ce qui représente un critère important dans la recherche de partenariat, et dans l’optique d’une déclinaison en plusieurs produits complémentaires.
Après avoir rappelé les objectifs et les principales fonctionnalités, nous proposons :

  • une vision architecturale plus précise,
  • l’évaluation de l’usage du produit en classe,
  • quelques graphiques, générés avec les résultats des élèves, constituant une aide au diagnostic.

L’objectif

L’idée du projet a germé suite à l’observation, traditionnelle, de la participation des élèves dans les grandes structures (universités ou écoles d’ingénieurs). L’interaction entre élèves et enseignants reste très limitée et les raisons profondes de cette situation mériteraient une analyse psycho-sociologique. Compte tenu du nombre d’élèves, l’enseignant est mal équipé pour évaluer le degré de compréhension et de satisfaction de sa classe. Les évaluations qu’il soumet sont souvent trop tardives et se traduisent par une proportion d’échecs non négligeable.
Si l’on observe les vecteurs d’information et de communication dont disposent les enseignants et les élèves, on constate que :

  • Les enseignants ont pris l’habitude de créer des transparents qu’ils projettent (au grand dam des fabricants de tableau noir), parfois directement depuis leurs ordinateurs portables branchés aux beamers des salles équipées.
  • Les élèves disposent souvent d’une palette d’appareils mobiles (PDA, Pocket PC, ordinateur portable, téléphone cellulaire), parfois plusieurs.

Cette combinaison est à l’origine de l’idée de wiTeach dont le concept entend améliorer l’interaction entre les partenaires.
L’évolution des technologies de communication sans fil, leur ergonomie qui s’améliore constamment, la possibilité de charger des applications diverses, constituent un environnement flexible, portable par essence, et exploitable dans toutes les classes.

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

Rappel des fonctionnalités

Les objectifs pédagogiques peuvent se résumer en quelques mots clés.

  • Temps réel : la manifestation d’un intervenant (enseignant ou élève) doit refléter la situation de l’instant et non pas être perçue en différé.
  • Simultanéité : il est important d’évaluer à la fois une situation collective, et une situation individuelle. Ceci n’est envisageable que grâce à la simultanéité des manifestations.
  • Et bien sûr interaction : c’est la forme que doit prendre la manifestation pour satisfaire les deux points précédents.

    Une forme évidente d’interaction se manifeste lors de questions qui devraient toujours être posées à chaud. Dans le cas contraire, une question est souvent trop tardive ou supposerait un effort important pour trouver une réponse par soi-même. wiTeach a avant tout été conçu pour permettre aux deux partenaires (élève et enseignant) de communiquer à chaud.

    • Dans le sens élève vers enseignant : les élèves peuvent indiquer instantanément et de manière simultanée, leur état durant le cours. Ceci permet à l’enseignant de fixer en temps réel le baromètre de la classe. En disposant d’un peu plus de temps, l’élève peut, rédiger une question spécifique qu’il soumet à l’enseignant ou voter pour une question déjà proposée afin d’augmenter son impact. Enfin, la possibilité de se manifester lors des sessions d’exercices ou de laboratoires avec une prise en charge respectueuse de la chronologie des manifestations grâce à une gestion de liste (même si les élèves sont peu visibles).
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      fig. 2
      L’environnement complet de wiTeach
    • Dans le sens enseignant vers élève : l’enseignant propose aux élèves des questionnaires sous forme de QCM afin d’obtenir des réponses dans un délai très bref, lui permettant d’établir quasi instantanément le niveau de la classe. Chaque élève reçoit lors de l’évaluation du QCM, une analyse personnalisée de ses résultats.

    L’architecture vision 1

    Le paragraphe précédent a mis en évidence un concept pédagogique basé sur 5 fonctionnalités qui ont effectivement été implémentées dans la première version de wiTeach. En réalité la figure 2 montre davantage de fonctionnalités liées à la présence d’un site pour observer les résultats des tests et l’identification des enseignants habilités à exploiter wiTeach, ainsi que l’usage d’un appareil cellulaire comme souris intelligente, ce qui libère l’enseignant qui ne doit plus sélectionner les fonctionnalités sur son ordinateur. Ce système est très hétérogène et a dû exploiter des langages très variés (PHP, Java, XML,....) et adaptés à la richesse des plates-formes et des structures de données spécifiques. A première vue, on dispose d’une collection d’objets (au sens programmation orientée objets) spécifiques à la plate-forme, au mode de communication, à la nature des fonctions réalisées et au mode de visualisation et acquisition des informations. La répartition des objets, liée aux noms des plates-formes, porte des noms suffisamment explicites :

    1. wiTeach_admin : l’application tournant sur le laptop de l’enseignant qui lui permet de gérer les données échangées avec les appareils portables des différents étudiants présents dans la classe.
    2. wiTeach_midlet : l’application qui permet aux étudiants d’interagir avec wiTeach depuis leur appareil portable (téléphone mobile, Palm, PocketPC 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.
    3. wiTeach_server : le serveur qui va gérer la communication et le flux des données entre le groupe des étudiants (wiTeach midlet) et le formateur (wiTeach admin). C’est le coeur non-visible de wiTeach.
    4. wiTeach_site : permet au formateur de personnaliser différentes informations spécifiques à son cours (modifier le nom du cours, le mode du cours, limiter le nombre de participants à un cours, générer une clef aléatoire à durée limitée qui devra être spécifiée par les étudiants, etc.).
    5. wiTeach_database : la base de données qui intervient comme support à wiTeach_server pour lui permettre de gérér le multi-cours : le serveur reste ainsi une entité unique du système étant capable de gérer plusieurs copies de wiTeach_admin en communication avec une multitude de wiTeach_midlets. wiTeach_database stocke aussi les différents paramètres modifiés depuis wiTeach_site.
    6. wiTeach_controller : l’outil qui permet à l’enseignant de télécommander l’application wiTeach_admim à distance, via bluetooth, depuis son téléphone mobile.

    La répartition présentée ci-contre est en fait bâtie sur une approche modulaire. Chaque module représentant un groupe d’objets provenant des différentes plates-formes mais participant à un but commun.

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    fig. 3
    Modularisation de wiTeach

    L’architecture vision 2

    En plongeant dans les entrailles de wiTeach, nous constatons que l’architecture est bâtie sur une collection de modules que nous allons appeler (triolets). Pour mieux cerner le problème, nous proposons la métaphore de la construction automobile qui peut s’exprimer à deux niveaux :

    1. Le niveau des fonctionnalités d’un véhicule. Un véhicule est une collection de fonctionnalités (moteur, sièges, glaces, chauffage,...) qui sont très modulaires et adaptables sur plusieurs véhicules de la même marque ou de marques différentes (nous ne citerons aucun nom pour ne pas faire de pub). On peut considérer qu’une fonctionnalité est souvent un triolet car il y a trois phases supposant l’acquisition d’un phénomène ou d’une commande, l’analyse de cette acquisition, enfin l’effet qu’elle produit.
    2. Le niveau de l’assemblage du véhicule. On construit une X, une Y avec un assemblage de fonctionnalités de base.

    wiTeach est lui aussi soumis à la même approche :

    1. Une série de composants (ou modules) a été développée, chacun d’eux impliquant systématiquement une communication à trois (une source d’information, un intermédiaire - serveur, et une destination), et représentant une fonctionnalité spécifique. Source et destination peuvent permuter selon que l’enseignant sollicite les élèves et réciproquement. Cette combinaison s’appelle aussi un triolet que nous représentons ci-dessous :
    2. wiTeach est un assemblage de composants, puisque nous avons (dans la version 1.0) 5 composants totalement indépendants. Ils représentent respectivement, le baromètre de la classe, des questions spécifiques posées par les élèves, la votation pour des questions déjà posées, des questions à choix multiples et la gestion d’une liste d’attente en exercices ou laboratoire. Il faut mettre l’accent sur le fait que chaque composant est autonome, qu’il est possible d’enrichir l’application ou au contraire de retirer certains composants.
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    fig. 4
    Le triolet de base

    Conclusion

    Nous disposons d’une collection de composants qui ont donné lieu à un assemblage appelé wiTeach. Cet assemblage n’est pas unique et pourrait s’adapter à des contextes différents du monde pédagogique.

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    fig. 5
    Gestion d’une collection de modules

    Toute application présente ou future sera donc basée sur quelques mécanismes liant des triolets, et d’un ensemble de fonctionnalités sollicitées dans cette collection. Chaque triolet a une implication sur l’interface proposée aux élèves, celle de l’enseignant, les fonctionnalités du serveur.
    Un inventaire des différents composants est disponible (créateurs et exploitants) permettant ainsi à de futurs utilisateurs de choisir la fonctionnalité qui les intéresse, ou d’immerger de nouveaux composants pour des applications en devenir.
    Dans la réalité, ces mécanismes sont transparents pour l’utilisateur qui dispose d’une interface graphique digne de ce nom (fig. 6).

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    fig. 6
    Exemples d’interfaces proposées à l’enseignant et aux élèves

    Le test du produit

    Il faut d’abord signaler que ce test n’aurait pas pu être effectué sans le prêt d’une centaine d’appareils cellulaires SPV100 par Orange qui a répondu immédiatement et avec enthousiasme à l’expérience que nous comptions mener. Il était souhaitable pour cette première expérience que tous les élèves soient dans les mêmes conditions, et 93 élèves ont pu utiliser ce matériel.
    L’organisation du test mérite des commentaires. Mettre en oeuvre un tel test grandeur nature demande une organisation que nous qualifierons d’héroïque. Huit personnes ont été impliquées pour un volume total d’une centaine d’heures, pour déballer les 100 appareils, les charger, les configurer, les identifier (carte SIM + appareil + liste de ce qui a été distribué), les stocker,... les distribuer, les récupérer. C’est évidemment un effort qui n’est pas à renouveler, mais qui est incontournable pour une première expérience.
    Le test qui a eu lieu le 14 juin (dernière semaine de cours) a donc impliqué 93 personnes ce qui est très honorable à l’approche des examens. Huitante-quatre ont bien voulu répondre au questionnaire (qu’il fallait remplir sur papier). Les résultats obtenus sont décrits ci-dessous :

    Nature des questions Propositions
    Jugement sur le concept apporte indéniablement un grand plus Apporte un plus N’apporte rien Fait perdre du temps
    50 33 1 0
    Jugement sur l’aspect considéré comme important l’interactivité Excellente Bonne Moyenne faible fait perdre du temps
    17 54 11 2
    Performance de l’environnement très rapide assez rapide moyen lent
    2 34 34 14
    Maniabilité très simple assez simple moyennement simple trop compliqué
    32 41 10 1

    Presque tous les élèves ont émis des commentaires (parfois plusieurs), ce qui marque leur intérêt pour cette expérience. Ces remarques sont majoritairement enthousiastes, malgré quelques interventions franchement négatives.
    Les remarques ont été classées en 5 catégories :

    1. Les fonctionnalités proposées : généralement les élèves évoquent des défauts sur les questions à choix multiples (absence de proposition : ne sait pas répondre) ou sur la manière de classer les questions (regrouper les questions majoritairement sélectionnées et les questions les plus récentes afin que celles-ci ne soient pas systématiquement en queue de liste). Ces commentaires sont significatifs car ils montrent l’implication des élèves, l’usage du produit semblant acquis.
    2. Les aspects purement techniques : généralement, les élèves évoquent certaines lenteurs, voire des problèmes dus à de mauvaises manipulations et qui expulsent l’utilisateur du domaine courant.
    3. L’aspect économique : la plupart auraient aimé garder l’appareil et n’accepteraient pas d’investir dans un appareil cher, même avec des performances bien supérieures.
    4. Des préoccupations d’ordre social ou de santé publique : certains s’inquiètent de la quantité d’ondes émises en même temps, d’autres aimeraient que la pédagogie ne soit pas tributaire d’artifices technologiques qui n’aident pas à résoudre les problèmes relationnels qui selon eux sont les plus graves.
    5. L’expérience proprement dite : des critiques très constructives ont été émises sur l’expérience. Compte tenu de la date de remise des appareils et de l’urgence de la situation, les élèves n’ont pas manqué de regretter leur manque de préparation (apprendre cet environnement le jour même est un peu déroutant pour certains) afin de mieux s’immerger dans l’esprit du système. Les objectifs n’ont pas été exposés lors des séances précédentes, et l’accent sur l’aspect interactif n’a pas été suffisamment mis en évidence.

    Davantage de questions auraient pu être posées. L’intervention d’un organe spécialisé dans ce type d’évaluation serait la bienvenue dans le futur.
    Nous terminerons l’évocation du test par deux situations anecdotiques :

    1. Le serveur a lâché à la toute dernière question (nous attribuons cette défaillance à la librairie XML-RPC limitée au nombre de connexions simultanées).
    2. Un élève ayant comparé sa réponse fausse à la réponse correcte qui fut projetée au tableau, a posé une question sur la question. Cette manifestation a déclenché une saine émotion, car c’est typiquement le type de situation que wiTeach prétend promouvoir.

    L’aide au diagnostic

    Cette partie est nouvelle par rapport à la version proposée en mars. Il ne s’agissait pas d’immerger des compétences particulières en matière d’investigation, mais de montrer que l’environnement était en mesure de communiquer une compilation des résultats que nous pouvions présenter de manière personnalisée et orientée selon nos besoins.
    Il est évidemment très important de disposer d’éléments à chaud pour mettre en évidence un problème et pouvoir le résoudre. Pourtant certaines situations méritent que l’on s’y penche avec plus de recul, pour mettre en évidence des problèmes individuels et collectifs (certains problèmes ne peuvent pas être gérés dans l’instant). Il faut disposer d’éléments d’analyse objectifs. La répétitivité de certaines informations, leur volume et le fait que ces informations soient disponibles car mémorisées dans la base de données du serveur permettent de produire des résultats qui vont affiner le diagnostic de l’enseignant. La forme joue ici un rôle non négligeable pour optimiser le confort et l’objectivité de l’analyse. Nous proposons ci-dessous un échantillon de données correspondant à un QCM. Chaque réponse d’étudiant est arrivée sur le serveur à un moment donné (temps du serveur) et la réponse est évidemment correcte ou pas. De cette masse de réponses, il sera possible d’évaluer :
    La courbe 1 offre une vision globale avec discrimination des résultats par question. Sous chaque question figure aussi sa nature. En effet le degré de difficulté n’est pas le même selon que la question est de type développement analytique, compréhension de phénomène, ou compréhension et exploitation de concept, voire une combinaison. Dans le diagnostic, une indication de cette nature permet de mieux interpréter les résultats obtenus.
    La courbe 2 exprime l’évolution du rendement (qui diminue dans cet exemple). Ici le diagnostic doit être complété. En effet, cette diminution peut avoir plusieurs origines indépendantes ou combinées. Est-ce la fatigue qui se fait sentir, les élèves ayant du temps à disposition prennent-ils plus de temps pour répondre, il y a des pics et des creux, qui traduisent le niveau de difficulté des questions (le nombre de questions sans réponse conforte cette idée).
    La courbe 3 est complémentaire à la 2, on distingue le cumul des questions et leurs qualités avec un infléchissement de la classe.

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    fig. 7
    Différents graphes permettant d’af ?ner le diagnostic d’une situation

    L’enseignant disposant de ces données peut solliciter la classe pour interpréter la nature des difficultés. Les mêmes questions, évoquées plus haut, peuvent être complétées (longueur du questionnaire, lacunes du cours pour certaines questions, temps imparti) et proposées aux élèves. Les élèves doivent (et en principe le font car c’est leur intérêt) répondre honnêtement, puisqu’il il n’y a aucune conséquence individuelle (questionnaire non noté). Le développement de l’aide au diagnostic a été assuré par MM. Fabien Leyral et Abdesselem Benyoussef, durant le stage qu’ils ont effectué dans le cadre du programme High-Tech.

    Les perspectives

    Le projet wiTeach a été imaginé pour pallier certaines carences dans le domaine de la pédagogie. Il a été développé dans le cadre d’un diplôme et suscite aujourd’hui un intérêt certain en matière de nouveaux besoins et donc de développement et de partenariat.

    • Le développement de wiTeach 2.0 est déjà bien entamé avec l’intégration d’une couche graphique plus élaborée.
    • Une réflexion sur wiTeach 3.0 est effectué pour l’intégration d’une couche de diagnostic adaptée et performante intelligente de diagnostic.
    • Le domaine d’application devrait aussi s’élargir dans le futur.

    Concernant les personnes impliquées :

    • Zeno travaille maintenant au CRAFT avec lequel nous espérons une fructueuse collaboration pour générer de nouveaux concepts ;
    • deux nouvelles personnes sont impliquées dans wiTeach pour un nouveau travail de diplôme et un stage dans le cadre d’une convention entre le programme High-Tech et nous-mêmes.

    La technologie a déjà été testée en groupe de travail mais les seuls tests comportementaux avec un public correctement ciblé se sont limités à l’unique expérience (mais à marquer d’une pierre blanche) du 14 juin 2004. Pour valider le concept, il nous faut un public important et du matériel disponible : nous avons donc commencé par étudier la faisabilité d’un partenariat plus durable avec Orange.



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