Introduction

Lorsqu’une personne est confrontée à un nouveau problème, elle recherche souvent en mémoire un problème proche déjà rencontré afin de s’en inspirer pour trouver une solution. De même, lorsque cette personne, en situation d’apprentissage, doit résoudre un problème, elle peut se référer à des problèmes déjà résolus, les analyser, et les utiliser pour résoudre des problèmes similaires. L’analyse des exemples et la résolution de problèmes par analogie la conduisent alors à augmenter son habileté à résoudre ce type de problèmes. Cette forme d’apprentissage soulève différentes questions. Face aux problèmes, quelles activités sont mises en œuvre par les apprenants ? Quelle est la nature des connaissances ainsi construites ? Sous quelles conditions ces connaissances sont-elles construites et utilisées ?

Différentes recherches sur l’apprentissage à partir d’exemples ont conduit à mettre en évidence certains processus qui permettent d’acquérir des connaissances. Différents facteurs favorisant ou inhibant cette forme d’apprentissage ont également été identifiés. Toutefois, suivant les études, un même facteur semble avoir des effets assez variables. En outre, leur rôle sur les mécanismes d’apprentissage est encore souvent mal connu.

L’objectif général poursuivi ici est d’approfondir l’étude des conditions qui facilitent l’acquisition de connaissances à partir d’exemples.

Si ce sujet d’étude présente un intérêt théorique, il présente également un certain intérêt pratique. Une meilleure compréhension des conditions qui facilitent l’apprentissage permettrait d’orienter la conception de situations d’apprentissage, ceci dans le cadre de l’enseignement « classique » mais aussi dans le cadre d’environnements informatiques destinés à favoriser l’apprentissage. En effet, avec le développement des technologies pour l’éducation, il est possible de concevoir des environnements informatiques qui proposent des situations d’apprentissage adaptées à chaque apprenant.

Aussi, notre objectif est d’une part d’étudier expérimentalement les conditions qui favorisent l’apprentissage à partir d’exemples et d’autre part de concevoir et d’évaluer un environnement informatique destiné à favoriser l’apprentissage à partir d’exemples.

Ce second objectif est abordé dans le cadre du projet Ambre (Apprentissage de Méthodes Basé sur le Raisonnement à partir de l'Expérience). Ce projet vise à concevoir des Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) qui proposent d’analyser des exemples et de résoudre des problèmes par analogie afin que l’apprenant acquière des connaissances abstraites. Pour favoriser la résolution de problèmes par analogie, ce projet propose de s’appuyer sur le paradigme du Raisonnement à Partir de Cas (RàPC), qui modélise le raisonnement analogique intra-domaine en décomposant la résolution de problèmes en plusieurs étapes. Les EIAH conçus suivant ce principe doivent guider l’apprenant lorsqu’il résout de nouveaux problèmes en l’amenant à suivre les différentes étapes du cycle de raisonnement à partir de cas. L’objectif du projet Ambre est de montrer que ce paradigme peut fonder une stratégie d’apprentissage pour acquérir de nouvelles connaissances. Au sein de ce projet, notre objectif consiste à identifier les conditions nécessaires pour favoriser l’apprentissage à partir d’exemples afin d’orienter les choix de conception.

Nous pensons que pour réaliser un EIAH véritablement en adéquation avec les besoins de l'utilisateur, il est nécessaire d’avoir une bonne connaissance des mécanismes d'apprentissage de l’apprenant, de la nature des processus mis en jeu, et des conditions de déclenchement des différents mécanismes d’apprentissage.

La première partie de cette thèse présente une synthèse des résultats de psychologie cognitive sur l’apprentissage à partir d’exemples et décrit deux études que nous avons réalisées afin de mieux comprendre les conditions qui facilitent cet apprentissage. Dans cette partie, nous décrivons plus particulièrement les processus impliqués dans l’acquisition de connaissances et nous conduisons différentes expériences afin de montrer que certains facteurs permettent de déclencher la mise en œuvre de ces processus.

La seconde partie développe les travaux réalisés dans le cadre du projet Ambre. Nous y présentons les recommandations que nous avons proposées à partir des études théoriques sur l’apprentissage à partir d’exemples et la manière dont ces recommandations ont été appliquées pour la conception de l’EIAH Ambre-add, une application du principe de Ambre aux problèmes additifs. Nous décrivons également comment nous avons évalué ce logiciel afin de mesurer l’impact du principe de Ambre sur l’apprentissage.

La première partie du document est découpée en cinq chapitres. Le premier chapitre met en évidence les différentes connaissances qu’un apprenant peut acquérir et les différents processus dont il dispose pour acquérir ces connaissances lorsqu’il analyse des exemples et résout des problèmes par analogie. Ces processus ne sont pas nécessairement mis en œuvre lors d’une résolution de problème par analogie.

Dans le second chapitre, nous cherchons à comprendre en quoi certains facteurs inhibent ou au contraire favorisent l’acquisition de connaissances à partir d’exemples. Nous exposons d’abord la théorie de la charge cognitive proposée par Sweller qui montre que certaines conditions provoquent une surcharge cognitive. Puis nous faisons l’hypothèse que certains facteurs peuvent influencer l’acquisition de connaissances non pas en réduisant la charge cognitive, mais en déclenchant la mise en œuvre de processus de généralisation.

Les chapitres 3 et 4 décrivent les expériences que nous avons menées qui visent à tester cette hypothèse et à identifier plus précisément des conditions qui conduisent au déclenchement de ces processus de généralisation. Dans le dernier chapitre, nous discutons des résultats obtenus dans cette première partie et des perspectives qui en résultent.

Dans la deuxième partie, composée de 6 chapitres, nous présentons nos contributions au projet Ambre. Le chapitre 6 présente le domaine de recherche des EIAH et aborde la question de l’utilisation des théories et données empiriques pour le conception des EIAH. Le chapitre 7 décrit le projet Ambre dans lequel s’inscrit notre travail. Le chapitre 8 décrit les recommandations que nous proposons, qui sont issues d’une revue de littérature sur l’apprentissage à partir d’exemples. Dans le chapitre 9, nous présentons le logiciel Ambre-add conçu suivant le principe du projet Ambre en intégrant les recommandations proposées dans le chapitre précédent. Les chapitres 10 et 11 abordent la question de l’évaluation des EIAH et présentent les différentes évaluations de Ambre-add. Enfin, le dernier chapitre de cette partie est consacré à la discussion des différents résultats obtenus et de la démarche suivie dans ce projet.

Ce document se conclut par une discussion générale qui résume les différentes contributions de cette thèse, discute des intérêts et des limites de la démarche suivie et présente quelques perspectives de recherche issues de ce travail.

Si la seconde partie s’appuie sur des concepts et des données empiriques présentées dans la première partie, ces deux parties peuvent être lues séparément.