1) La simulationCRITIQUE DE 'STEAMER'
2) Le module tutoriel
3) Le module minilab
4) 'Conceptual fidelity'
5) 'Qualitative Process theory'
L'I.T.S. (Intelligent Tutoring System) 'STEAMER' qui fait l'objet de cette fiche lecture a été décrit par Etienne Wenger dans son livre 'Artificial Intelligence and Tutoring Systems : Computational and Cognitive Approaches to the Communication of Knowledge', dans le chapitre 5 intitulé 'Interactive simulations : communicationg mental models'. Ce livre a été publié en 1987.
Le projet 'STEAMER' s'intéresse à l'interfacage et à la représentation graphique d'un modèle mental. Il implique principalement les chercheurs suivants : J.Hollan, M.Williams, A.Stevens, B.Roberts et K.Forbus.'STEAMER' est un outil pédagogique développé pour l'entrainement des ingénieurs-opérateurs responsables des grands navires. La tâche principale de ces opérateurs est de s'occuper des gros moteurs de ces navires. Ces moteurs, sont en fait des machines à vapeur et sont en soi des systèmes physiques très complexes ('steam' en anglais signifie vapeur, d'ou le nom du projet... 'STEAMER').
Pourquoi utiliser un modèle mental de la machine à vapeur? Les auteurs avancent des raisons pour avoir basé le I.T.S sur un modèle mental du moteur.
Le dispositif I.T.S. 'STEAMER' est en fait composé de trois partie, la simulation, le module tutoriel et le module minilab.
- Le nombre des opérations qu'implique la manipulation de ces gros moteurs est trop élevé pour qu'elles puissent toutes être apprises par coeur.
- De plus, gérer les différentes défectuosité possible des composantes du moteur, nécessiste de pouvoir inventer des nouvelles stratégies, ce qui est un compétence qui ne s'apprend pas par coeur non plus.
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1) La simulation
Le dispositif utilisé est une simulation interactive à interface graphique, que l'ingénieur-apprenant peut inspecter à sa guise. Assis face à l'écran de l'ordinateur il est confronté à un modèle d'une machine à vapeur représenté à l'aide d'icones animées. Il peut manipuler la machine simulée (c'est-à-dire lire et/ou modifier les valeurs de divers indicateurs, et dans ce dernier cas modifier des variables de la simulation) et ainsi entrainer des procédures et se former un modèle mental (voir critique 1) d'une machine à vapeur. L'étudiant peut aussi explorer des sous-systèmes de la machine.Un effort particulier a été fourni afin de rendre le dispositif évolutif, sous-entendu que des instructeur non-programmeurs peuvent facilement créer de nouvelles simulations de systèmes répondant à leurs besoins.
2) Le module tutoriel
Le module tutoriel a été construit afin d'apporter à l'apprenant des connaissances à propos de procédures opérationnelles, de l'ingénierie de base et dans la compréhension de base de la machine à vapeur. Le tutoriel est élaboré autour de la notion d'objets abstraits.L'utilisation d'objets abstraits permet une économie dans la confection du matériel pédagogique, dans la mesure ou la définition de peu d'objets ou de procédures abstraites permet de couvrir un grand nombre d'opération. Par ailleurs, ces procédures abstraites sont composées de collections d'étapes, ce qui permet une évaluation facile de la part du tuteur, c'est-à-dire que si l'étudiant oublie une étape ou alors qu'il inverse des étapes, le tuteur peut facilement décelé l'erreur et corriger l'étudiant.
3) Le module minilab
Le minilab permet à l'étudiant d'assembler lui-même des appareils de contrôle et de les tester. En fait, le minilab reprend les spécifications de l'appareil et simule son activité. Cet appareil peut ensuite être intégré dans la simulation du système 'moteur' pour que l'étudiant puisse observer sont influence sur les autres parties.Les recherches effectuées sur 'STEAMER' ont amené les auteurs à développer 2 notions, dont nous allons tenter de donner une brève description.La valeur pédagogique du minilab est que l'étudiant puisse assembler des composantes abstraites entre elles, afin d'acquérir une certaine facilité avec la manipulation de ces objets.
4) 'Conceptual fidelity'
D'après les auteurs de 'STEAMER', ce qui prime dans le modèle de la machine à vapeur (qu'ils tentent de faire passer à l'étudiant) est bien plus la fidélité conceptuelle, que la fidélité physique (matérielle). Ils semblent en effet qu'un expert se forge un modèle abstrait du fonctionnement d'un moteur, plutôt qu'une représentation mentale de type 'copie physique', pièce à pièce. D'une certaine manière on peut dire que ce qui compte est la fonction d'un objet plus que sa forme.5) 'Qualitative Process theory'
La 'Qualitative Porcess theory (QP)' tente de rendre compte de comment les gens envisagent les effets de causalités pour des phénomènes physiques. En sommes, c'est une sorte de physique naive. Selon la 'QP' certaines conditions déclanchantes définissent des processus qui influencent des entités physiques; l'état de ces différentes entités étant une propriété emergeante des processus.
En fait, les deux critiques que j'évoque ci-dessous s'adressent plus à la description qu'en fait Wenger qu'au sujet de l'I.T.S. STEAMER lui-même.[top]
- Dans le texte de Wenger il y a une certaine confusion entre deux concepts. En effet, il n'est pas toujours très clair si l'apprentissage d'un modèle mental d'une machine à vapeur, est équivalent à l'apprentissage et à la visualtion sous forme d'une image mentale d'une représentation imagée du fonctionnement de la machine. En effet, il me semble qu'un modèle mental est plus que la visualisation d'une image mentale, et que cela implique une compréhension du système modèlisé, une capacité de mise en relation des différentes parties impliqués dans des processus du système, etc. (n.b. n'ayant pas lu les textes originaux sur lesquels se base Wenger je ne saurais pas dire s'il s'agit d'une confusion de sa part ou de la part des auteurs de 'STEAMER'... ou de la mienne:)
- Je regrette que Wenger ne développe pas plus la notion de 'Qualitative Process', et la compréhension de celle-ci est difficile. Il n'est pas aisé d'en saisir les tenant et les aboutissant.
Forbus (1984a) An interactive laboratory for teaching control system concepts. BBN Report 5511. Bolt Beranek and Newman Inc., Cambridge, Massachusetts.Forbus (1984b) Qualitative porcess theory. Artificial Intelligence, vol. 24, 85-168.
Forbus & Stevens (1981) Using qualitative simulation to generate explanations. BBN Report 4490. Bolt Beranek and Newman Inc., Cambridge, Massachusetts.
Hollan, Hutchins & Weitzman (1984) STEAMER: an interactive inspectable simu8lation-based training system. AI Magazine, vol. 5 (2), 15-27.
Hollan, Hutchins, McCandless, Rosenstein & Weitzman (1986) Graphical interfaces for simulation. Technical Report ICS-8603. Institute for Cognitive Science, University of California, San Diego, California.
Hutchins, Hollan & Norman (1985) Direct manipulation interaces. Human-Computer Interaction, vol. 1, 311-338.
Stevens, Roberts & Stead (1983) The use of a sophisticated interace in computer-assisted instruction. IEEE Computer Graphics and Application, vol. 3, March/April, 25-31.
Stevens & Roberts (1983) Quantitative and qualitative simulation in computer-based training. Journal of Computer-Based Instruction, vol. 10 (1), 16-19.
Stevens & Steinberg (1981) A typology of explanations and its application to intelligent computer-aided instruction. BBN Report 4626. Bolt Beranek and Newman Inc., Cambridge, Massachusetts.
Weld (1983) Explaining complex engineered devices. BBN Report 5489. Bolt Beranek and Newman Inc., Cambridge, Massachusetts.
Wenger, E. (1987) 'Chap.5) Interactive simulations : communicationg mental models' in 'Artificial Intelligence and Tutoring Systems : Computational and Cognitive Approaches to the Communication of Knowledge', Kaufmann Publishers.
Williams, Hollan & Stevens (1981) An overview of STEAMER: an advanced computer-assisted instruction system for propulsion engineering. Behavior Research Methods and Instrumentation, vol. 13 (2), 85-90.