(SOPHIsticated Instructional Environment)

SOPHIE est un projet pédagogique développé par John Seely Brown et Richard Burton depuis 1973. Ce projet a l'objective de créer un environnement intelligent d'apprentissage sur les circuits électroniques, où l'élève peut essayer ses idées, être critiqué et recevoir des conseils.

Le domaine d'apprentissage est la solution de problèmes liés à des circuits électroniques: après qu'une défaillance a été introduite dans un système de circuits électroniques, l'étudiant doit identifier quelles composantes du système sont défectueux et quelle est la nature de leur défaillance.

L'étudiant doit alors appliquer des mesures pour proposer et tester des hypothèses concernant l'emplacement et la nature de la défaillance des composantes du système. Le rôle de SOPHIE est celui d'un laboratoire, où l'étudiant applique ses connaissances, et reçoit un feed-back en forme de critiques ou de conseils.

Il faut mentionner que l'interface entre l'étudiant et SOPHIE est basée sur un langage naturel assez simple. Ce langage permet à SOPHIE d'interpréter des questions ou des instructions simples sans aucune construction grammaticale complexe. SOPHIE traduit les questions (ou les instructions) de l'étudiant comme des opérations à exécuter et fournit les réponses (ou exécute les instructions).

SOPHIE a évolué en trois étapes.

SOPHIE I est constitué de deux éléments, un laboratoire et un instructeur. Le laboratoire est construit autour d'un système de circuits électroniques simulé à l'aide d'un modèle mathématique (simulation quantitative). L'instructeur fournit des critiques intelligentes, mais ne prend pas des initiatives didactiques.

Il a quatre taches qui sont développées à l'aide du modèle mathématique:

• Répondre à des questions hypothétiques de l'étudiant sur les conséquences d'une action ou événement.
• Evaluer des hypothèses de l'étudiant: SOPHIE teste si l'hypothèse est consistent avec les mesures prises par l'étudiant. Pour cela, il classifie chaque mesure comme contradictoire, indépendant ou appuyant l'hypothèse. Une mesure contradictoire est un contre-exemple de l'hypothèse de l'étudiant.
• Lister tous les possibles hypothèses: Si l'étudiant a besoin, SOPHIE identifie et liste toutes les hypothèses qui sont consistants avec les mesures prises par l'étudiant.
• Evaluer l'importance d'une nouvelle mesure fournit par l'étudiant: SOPHIE compare toutes les hypothèses consistantes avec et sans la nouvelle mesure. Si les ensembles d'hypothèses sont différents alors la nouvelle mesure n'est pas redondante.

SOPHIE II prends des initiatives didactiques et pour cela, il introduit un expert dans la solution de problèmes sur les circuits électroniques. L'idée est d'enseigner à l'étudiant à suivre des "stratégies" pour résoudre le problème. Maintenant c'est l'étudiant qui désigne la composante défaillante et c'est SOPHIE qui doit identifier la défaillance. En essayant d'identifier la défaillance, SOPHIE prends des mesures et explique ses décisions. Elle décrit ainsi la stratégie adoptée et fournit à l'étudiant une démarche méthodologique à suivre.

Dans SOPHIE III le travail d'expertise est décomposé en deux. Il y a deux experts, l'expert en résoudre de problèmes et l'expert en électronique. L'objective de cette division de l'expertise est de déterminer les possibles causes de défaillance du système, sans simuler toutes les causes alternatives possibles (comme c'était le cas dans SOPHIE I et II). Il s'agit donc de réduire le nombre de possibles causes à l'aide d'un raisonnement qualitative. L'idée est d'ajouter au raisonnement de SOPHIE I et II (raisonnement basé autour d'une simulation quantitative), des éléments du raisonnement humain.

• L'expert en résoudre de problèmes est un petit système indépendant dont les connaissances concernent la gestion d'un ensemble d'hypothèses dans un contexte d'expertise. Afin d'éliminer des possibles causes de défaillance (hypothèses), il propose des nouvelles mesures. Ces mesures sont proposées en fonction des déductions de l'expert en électronique et des stratégies de solution de problèmes.
• L'expert en électronique fournit de l'information à l'autre expert. Cette information correspond aux déductions, hypothèses et justifications qu'il a obtenu en travaillant à trois niveaux:
• Dans le niveau le plus bas, l'expert en électronique applique ses connaissances générales sur les principes de l'électronique pour fournir de l'information quantitative sur les voltages et courants à travers les composantes.
• Dans le niveau intermédiaire, ces informations sont transformées en affirmations qualitatives à l'aide de règles.
• Dans le niveau supérieur, l'expert en électronique utilise une connaissance spécifique (un diagramme dont les nœuds représentent des modules de comportement, les liaisons représentent des relations structurelles, et les interactions entre les modules font possible la propagation des défaillances à travers le système) pour analyser le circuit en terme du comportement des modules logiques.

Patrick Mendelsohn et Dillenbourg P. (1993). Le développement de l'enseignement intelligemment assisté par ordinateur. In J. F. Le NY (Ed) Intelligence naturelle et intelligence artificielle, Paris, pp. 233-288.

E. Wengers (1987). Artificial Intelligence and Tutoring Systems: Computational and Cognitive Approaches to the Communication of Knowledge. Morgan Kaufman Publishers, Los Altos, California.

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