Tutoring systems and pedagogical theorie: representational tools for understanding, planning and reflection in problem solving.

D'emblée, Kurt Reusser nous rend attentif au fait que le design de projets informatiques devrait prendre en compte l'éventail des activités d'enseignement et d'apprentissage propres à l'école. En d'autres termes, il doit s'appuyer sur des bases pédagogiques et didactiques.

A cette fin et dans la première partie de son article, l'auteur nous propose huit principes qui devraient nous guider dans la création d'outils d'apprentissage basés sur les ordinateurs. Dans la deuxième partie, Reusser décrit le programme HERON, outil informatique où il a lui-même essayé d'appliquer ces principes. HERON est un programme destiné à aider les enfants à comprendre et mettre en forme les énoncés de problèmes mathématiques, puis, bien sûr , à les résoudre.

• Principe 1:
  Penser et utiliser les outils informatiques d'une manière pédagogique.
  C'est-à-dire, qu'ils doivent être des outils d'instruction au service d'enseignants pleinement conscients des buts pédagogiques et d'élèves actifs. L'ordinateur ne doit pas être un substitut à l'enseignant mais un outil permettant de cultiver et favoriser l'intelligence de l'utilisateur, conduisant ce dernier vers un plus grande autonomie intellectuelle.
• Principe 2:
  Etre une extention de la pensée de l'apprenant.
  L'ordinateur doit fournir des structures facilitantes et stimulantes permettant des activitées telles que la planification, la représentation et la réflexion.
• Principe 3:
  Fournir à l'apprenant un guide basé sur le principe de l'aide minimale.
  Faire des erreurs, être bloqué font inévitablement partie du processus d'apprentissage. Dans ces cas, une aide doit être apportée, mais d'une manière minimale. Pour ce faire le système ne doit pas forcément savoir ce que l'apprenant pense ou avoir un modèle de l'apprenant, mais il doit connaître la structure de la tâche (modèle de la tâche) et ce que l'apprenant fait lorsqu'il travaille à cette tâche.
• Principe 4:
  Faire en sorte que l'apprenant construise et extériorise ses modèles mentaux.
  Autrement dit, faire en sorte qu'ils explicitent leur pensée. Seul ce qui a été extériorisé, chosifié, organisé peut être indentifié, communiqué et re-travaillé.
• Principe 5:
  Offrir aux apprenants des outils de représentation pour penser avec et communiquer.
  Ces outils doivent être un système symbolique et/ou un format de représentation permettant à l'élève de représenter n'importe quel problème relatif au domaine.
  Puis il cite quelques critères de qualité que devraient avoir de bons outils de représentation:
  
  1. permettre de retirer l'essentiel de l'énoncé d'un problème. Pour cela il faut pouvoir décomposer le problème.
  2. permettre de représenter le problème sous un format iconique.
  3. permettre de revoir le cheminement parcouru lors de la résolution du problème et de pouvoir éditer ce processus à volonté.
  4. premettre de réduire la complexité d'un problème à un format où l'on voit les éléments et la solution du problème (cf. représentation sous forme de diagramme du problème du moine chinois que l'on a vu au cours)
  5. permettre de faire le lien entre l'expression du problème sous la forme du langage ordinaire et sa représentaition abstaite, formelle (notation mathématique)
  6. permettre de représenter le problème de différentes façons
  7. permettre de communiquer et discuter sur ce qui est entrain d'être appris.
• Principe 6:
  Une assistance spécifique au domaine devrait pouvoir être fournie en association aux outils de représentation mentionnés ci-dessus.
• Principe 7:
  Encourager la réflection de l'apprenant sur le chemin qu'il a pris pour résoudre un problème.
• Principe 8:
  Encourager un travail collaboratif.

Voici un example d'un tel problème: " Le petit Simon et son papa vont arroser leur jardin potager. Le père a une arrosoir de 15 litres. La contenance de l'arrosoir de Simon est de 1/5 de celle du père. Chacun va remplir 12 fois son arrosoir dans le bassin. Après ceci, il reste encore 24 litres dans le bassin. Question: combien de litres d'eau contenait le bassin au début ?

HERON permet de décompser ce problème en éléments d'information élémentaires appelées unité de situation.  Chaque unité de situation est une boîte contenant trois champs: une valeur numérique (connue ou non), une unité de mesure associée à la valeur numérique, un texte court décrivant cette valeur (information sémantique).
Une unité de situation est ensuite mise en relation avec une deuxième. Cette relation est de l'ordre d'une opération arithmétique. Le résultat de cette opération donne naissance à une troisième unité de situation (intégration de deux situations en une seule). Cette triade est le schéma relationnel de base.
L'utilisation de ce format dans la représentation et résolution du problème conduit à la formation d'un arbre de calcul.  Au départ le problème est représenté par de multiples unités de situation et, au fur et à mesure de la progression dans la résolution du problème, le nombre de ces unités se réduit pour arriver à la situation finale. Une fois la situation finale atteinte, le système en génère l'équation ou représentation mathématique.
Pour interagir avec le sytème et construire l'arbre de calculation, l'élève dispose d'une boîte à outil graphique contenant tous les éléments dont il a besoin pour construire son arbre: unité de situation vide qu'il rempli en cliquant sur les valeurs numpériques et unités de mesures trouvées dans le texte du problème, information sémantique sur ces valeur à choisir dans un menu déroulant, noeud arithmétique opérant sur deux unités de signification.

L'utilisation de ce format de représentation force l'élève à décomposer le problème en éléments d'information essentiels et ainsi à voir le problème dans son entier. Il voit aussi la construction de la solution se faire, il peut y réfléchir, défaire un chemin et en construire un autre. HERON est un instrument puissant et flexible qui est actuellement testé sur des enfants du 4ième et 9ième de gré de scolarité. En général les éléèves y travaillent par paire.