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Plan. I - Introduction II - État de l’art III - Proposition d’un modèle générique de téléTP IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab V - Expérimentation et résultats VI - Conclusion & perspectives. I – Introduction Problématique Objectifs II - État de l’art

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  1. Plan • I - Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI - Conclusion & perspectives • I – Introduction • Problématique • Objectifs • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI - Conclusion & perspectives

  2. Problématique – Objectifs Problématique • Intégration des STIC dans les environnements d’apprentissage : téléCours, téléTD, télé-projets, téléTP • Besoins • Nécessité d’activités pratiques à distance au sein des campus numériques • Partage d’équipements lourds et coûteux • Impossibilité de déplacer ou dupliquer les dispositifs lourds • Non pertinence de remplacer un dispositif par un simulateur • Accès aux équipements n’importe quand et de n’importe où • Contraintes • Commande non directe (clavier, souris, joystick, ...) • Observation non directe (reconstitution virtuelle, webcam, …) • Sécurité (acteurs humains, dispositif technologique, système informatique) I - Introduction

  3. Problématique – Objectifs Problématique • La conception des téléTP et l’interdisciplinarité (Informatique, didactique de la physique, robotique) • Constats initiaux • Systèmes de téléTP isolés (absence de liens avec les environnements d’apprentissage ) • Dédiés à des dispositifs spécifiques • Focalisation sur la commande à distance • Absence de séparation contenu/contenant • Absence de solutions globales offrant une véritable plate-forme d'accueil de scénarios / dispositifs I - Introduction

  4. Problématique – Objectifs Objectifs • Objectifs de la recherche • Proposition d’un modèle générique et réutilisable de téléTP en sciences de l’ingénierie • Proposition d’une plate-forme d’accueil • Dispositifs technologiques quelconques • Intégration des outils auteurs de scénarisation • Déroulement des scénarios pédagogiques • Contraintes • Élaboration dans un souci de généricité et de réutilisabilité des ressources liées à tout téléTP • Cette plate-forme devra être réutilisable quelle que soit la discipline • Adaptable (objectifs recherchés, des contraintes liées au dispositif) • S’intègre de manière homogène dans un environnement pédagogique général I - Introduction

  5. Plan • I – Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI - Conclusion & perspectives • I – Introduction • II - État de l’art • Les EIAH • Les téléTP: bilan sur la situation actuelle • III - Les téléTP: bilan sur la situation actuelle • IV - Proposition d’un modèle générique de téléTP • V - Mise en œuvre : ICTT@Lab • VI - Expérimentation et résultats • VII- Conclusion & perspectives

  6. Les EIAH – Les téléTP LesEIAH 1960 EAO (Enseignement Assisté par Ordinateur) 1970 EIAO1 (Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur) 1985 Tuteurs intelligents (ITS - Intelligent Tutoring Systems) 1990 EIAO2 (Enseignement Interactif Assisté par Ordinateur) 2000 EIAH (Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain) II – État de l’art

  7. Les EIAH – Les téléTP Travaux pratiques à distance Formation A Distance Formation par la voie électronique FAD e-formation téléformation e-TP téléTP FOAD Formation à distance par la voie électronique Formation Ouverte et A Distance Quelques modes de formation • Positionnement des téléTP au sein des différents modes de formations II – État de l’art

  8. Les EIAH – Les téléTP Écriture des ressources pédagogiques Learning Content Management System : système de conception et de gestion des contenu pédagogiques. Ré-écriture Auteur Distribution LCMS Scénario pédagogique Outil auteur Écriture Copie Learning Management System : Système de gestion de sessions de formation Tuteur Stockage LMS À la préparation Apprentissage À l'exécution Tutorat Temporalité Apprenants Dispositifs & Outils II – État de l’art

  9. Les EIAH – Les téléTP OWASIS Moodle Plates-formes II – État de l’art

  10. Les EIAH – Les téléTP Normalisation • Objectifs (Simard, 2002) • Accessibilité : faciliter la recherche, identification, accès • Interopérabilité : portabilité technique des objets pédagogiques • Ré-utilisabilité : ré-utilisation des contenus pédagogiques • Durabilité : pérennité des contenus pédagogiques • Adaptabilité : adaptation des contenus pédagogiques • Principaux standards • SCORM • AICC • IMS-LD II – État de l’art

  11. Les EIAH– Les téléTP • Les projets collectifs • Groupe de 8 élèves (quatrième année) – département GI • Six mois (3000 heures – homme par projet) Genèse de notre travail • Cadre de travail : les Travaux Pratiques à distance (téléTP) • Pieuvre • Soutenu par INCA - Région Rhône Alpes • 2000/2001 • Objectif : la mise en place d’une méthodologie réutilisable de mise à distance d’un dispositif d’automatique en utilisant les technologies du virtuel. • Tipy • 2001/2002 • Objectif : la finalisation de la conception et la réalisation d’un prototype d’environnement générique de téléTP II – État de l’art

  12. Les EIAH– Les téléTP Systèmeshybrides Systèmesphysiques Systèmesvirtuels Système à caractère pédagogique Simulateur pédagogique Maquettepédagogique Système en vraie grandeur et contexte Concept ou outil informatique Donnéesexpérimentales Systèmesréels Dispositiftechnique Simulateur d’un pendule réel théorique Oscilloscope, PH-Mètre Java, C, UML Machine outil Exemples Un modèle réduit d’un magasin vertical industriel La ligne de transfert - AIP Données océanographiques Typologie des systèmes de TP II – État de l’art

  13. Les EIAH– Les téléTP Accès à des données téléTP TP présentiels Télémesure Systèmes physiques Laboratoiresdistants Manipulation partielle Laboratoireshybrides Systèmes hybrides Manipulation totale Systèmesvirtuels Laboratoiresvirtuels Les formes de téléTP Réel distanciel présentiel théorique II – État de l’art

  14. Les EIAH– Les téléTP Laboratoires virtuels Les oscillations du pendule II – État de l’art

  15. Les EIAH– Les téléTP IHM à distance du régulateur IHM à distance de l’instrument Instrument de mesure Les laboratoires distants Régulation de niveau II – État de l’art

  16. Les EIAH– Les téléTP • Au niveau de la région Rhône-Alpes • INSA de Lyon • AIP-RAO • ISTASE à Saint-Étienne • Au niveau national • Évariste • TPLine • RoboTeach • Au niveau européen • Retwine • Au niveau international • TéléRobot australien • LVEST Quelques projets de téléTP II – État de l’art

  17. Les EIAH– Les téléTP TéléTP et recherche scientifique • Analyse d’articles scientifiques • Conclusions tirées • Plates-formes dédiées [Berntzen et al., 2001] • Forte orientation téléopération [Chen et al., 1999] • Indépendance par rapport aux outils existants • Fusion contenant/contenu [Azorin et al., 2004] • Absence d’une prise en charge des standards de la e-formation • Manque d’homogénéité entre les solutions développées II – État de l’art

  18. Les EIAH– Les téléTP téléTP : greffe ou développement spécifique ? • Greffe + Réutilisation des acquis en EIAH (outils existants) + Intégration des standards - Dépendance des standards • Développement spécifique - Réingénierie d’outils existants (gestion des scénarios, communication, …) - Travail conséquent (temps, ressources, …) + meilleure maîtrise des produits développés II – État de l’art

  19. Plan • I – Introduction • II – État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI- Conclusion & perspectives • I – Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • Approche méthodologique • Modèle de TP • Modèle de téléTP • Synthèse • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI- Conclusion & perspectives

  20. Approcheméthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Modèle de TP Modèle de téléTP 3 1 2 Un TP particulier Un téléTP particulier Modèle par discipline théorique 6. Prise en compte des contraintes 5. Identification d’invariants entre présentiel et à distance 7. Extension / Ablation 11. Correction 4. Vérification et validation par un autre TP 8. Instanciation 3. Conceptualisation présentiel à distance 2. Identification d’invariants d’un TP à l’autre (dès le 2ème passage) 10. Retour d’usage 9. Observation 1. Observation réel Conception incrémentale avec retours d’usage III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  21. Approcheméthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Modèle de TP Modèle de téléTP Modèles interdisciplinaires 6 5 4 Modèle de téléTP de physique Modèle de TP de physique Modèle de téléTP de chimie Modèle de TP de chimie Modèle de TP d’automatique Modèle de téléTP d’automatique 2 3 1 auto auto auto auto auto auto auto Modèle interdisciplinaire Présentiel Distanciel Haut niveau (théorique) Modèles par discipline Instances Bas niveau (réel) téléTP particuliers TP particuliers III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  22. Approche méthodologique– Modèle de TP– Modèle de téléTP – Synthèse théorique Modèle de TP Modèle de téléTP 4. Vérification et validation par un autre TP 3 1 2 3. Conceptualisation présentiel à distance 2. Indentification d’invariants d’un TP à l’autre (dès le 2ème passage) 1. Observation Un TP particulier Un téléTP particulier réel Modèle par discipline : cas de l’automatique III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  23. Approche méthodologique– Modèle de TP– Modèle de téléTP – Synthèse Magasin vertical Régulateur de niveau d’un liquide Four industriel Asservissement de position TP d’automatique au département GI III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  24. Approche méthodologique– Modèle de TP– Modèle de téléTP – Synthèse Objectifpédagogique 0..* 1..* Dispositiftechnologique 0..* 0..* Prérequis TP 1..* 0..* 1..1 implique > 1..1 < implique Observation Communication Manipulation réalise > Réflexion et production Acteur humain Activité expérimentale Travail en groupe Activités pédagogiques Support pédagogique Organisation pédagogique Durée Le modèle de TP proposé Identification d’un modèle de TP III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  25. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse théorique Groupe d’apprenants Groupe d’apprenants Tuteur Modèle de téléTP Modèle de TP 6. Prise en compte des contraintes 5. Identification d’invariants entre présentiel et à distance 7. Extension / Ablation téléformation 1 2 3 Interface présentiel à distance téléopération Dispositifs technologiques Un TP particulier Un téléTP particulier réel Construction d’un modèle de téléTP III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  26. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Ré-écriture Auteur Scénario pédagogique Outil auteur X Distribution Écriture LCMS Y Copie Tuteur Stockage LMS Z À la préparation Apprentissage À l'exécution Tutorat Temporalité Apprenants Cycle de vie : téléCours et standardisation III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  27. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Ré-écriture Auteur Scénario pédagogique Outil auteur X Distribution Écriture LCMS X Copie Tuteur Stockage LMS X D1 À la préparation Apprentissage Dispositif technologique À l'exécution Tutorat Temporalité Apprenants Cycle de vie : téléTP et standardisation  Choix d’IMS-LD III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  28. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Scénario spécifique Scénario spécifique Ré-écriture Auteur Scénario pédagogique Outil auteur X Distribution Écriture LCMS X D2 X Dispositif technologique identique Copie Tuteur D1 Stockage X LMS X Dispositif technologique À la préparation Apprentissage À l'exécution Tutorat Temporalité D3 Apprenants Dispositif technologique identique Cycle de vie : téléTP et réutilisabilité III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  29. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Scénario spécifique Scénario générique Ré-écriture Ré-écriture Auteur Scénario spécifique Outil auteur X Distribution Distribution Écriture Écriture LCMS X LCMS X D2 X Dispositif technologique identique Copie Copie Description formelle d’une classe de dispositifs Tuteur Tuteur D1 Stockage Stockage X LMS X Dispositif technologique À la préparation À la préparation Apprentissage Apprentissage À l'exécution À l'exécution Tutorat Tutorat Temporalité Temporalité D3 Apprenants Apprenants Adaptation automatique Dispositif technologique identique Cycle de vie : téléTP et réutilisabilité III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  30. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Association Composant de Partie Contrôle Exécuter Composant de Partie Opérative Run/Stop Contrôleur IHM R.A.Z. Automate Pas à Pas PID Universel Actionneur Paramétrer Moteur Actionner Vérin Extrait de la description : quelconque Héritage Dispositif Composant Fonctionnalité • Choix du formalisme : ontologies (OWL) III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  31. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Four industriel Extrait de la description : fours industriels • Choix des termes : patron ou classe de dispositifs III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  32. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Ontologie mère Niveau générique Patron fours industriels Patron magasins verticaux Niveau semi-générique four industriel 1 four industriel 2 Niveau instances four industriel 3 Description formelle : généralisation • Base de connaissances de description des dispositifs • Outil d’exploitation (gestion, interrogation) • Liste des patrons disponibles ? • Quel sont les fonctionnalités de base d’un four industriel ? III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  33. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Outils proposés • Un serveur d’ontologies (OntoServ) • Avoir un mécanisme de description de classes de dispositifs technologiques pour l’écriture de scénarios pédagogiques génériques • Outil unique • Un middleware, ELaMS (Electronic Laboratory Management System) • Fonctionnalités • Installer et référencer de nouveaux dispositifs • Gérer l’utilisation des dispositifs technologiques • Adapter un scénario générique à un dispositif installé • Servir d’intermédiaire entre le LMS et les dispositifs • Outil spécifique III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  34. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Auteur Scénario Outil auteur Distribution Écriture LCMS générique Copie LMS Stockage Scénario Tuteur spécifique Tutorat Apprentissage D1 Adaptation automatique À la préparation Dispositif technologique 1 ELaMS À l'exécution Temporalité Apprenants D2 Télémanipulation Dispositif technologique 2 Chaîne d’édition : cycle de vie type III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  35. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP – Synthèse Groupe d’apprenants Groupe d’apprenants Auteur Tuteur Outil auteur Aspects téléformation LMS2 LMS3 LMS1 IHM IHM IHM Scénario générique LCMS requêtes HTTP Interface XML-RPC XML-RPC IHM ELaMS2 ELaMS1 OntoServ Administrateur requêtes HTTP Aspectstéléopération D1 D2 D3 Dispositif technologique3 Dispositif technologique2 Dispositif technologique1 Architecture du framework III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  36. Approche méthodologique– Modèle de TP – Modèle de téléTP–Synthèse Synthèse • Modèle de téléTP • Niveau téléformation • Niveau interface • Niveau téléopération • Réutilisabilité de scénarios (téléTP) • Plates-formes : standardisation des scénarios pédagogiques • Dispositifs technologiques : descriptions formelles • Moyens et solutions • Plates-formes : séparation contenant / contenu • Outils spécifiques aux téléTP (le serveur d’ontologies, le système de gestion des dispositifs) • Architecture associée au modèle à mettre en place III - Proposition d’un modèle générique de téléTP

  37. Plan • I – Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI- Conclusion & perspectives • I – Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • Scénario d’usage • Analyse AMDEC • V - Expérimentation et résultats • VI- Conclusion & perspectives

  38. Responsable Mettre à distance un dispositif Ajouter un nouveau patron au serveur d’ontologies Administrateur Auteur Ajouter un nouveau dispositif au sein d’ELaMS Éditer un nouveau scénario Administrateur Tuteur Tuteur Réserver une session de téléTP sur ELaMS Adapter ce scénario à un dispositif Publier le scénario sur le LMS Tuteur Suivre la session selon le scénario proposé Temps Tuteur/apprenants Scénario d’usage – AMDEC Scénario d’usage IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  39. Webcam Scénario d’usage – AMDEC Mettre à distance un dispositif IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  40. Pupitre.afficher() Reload Scénario d’usage – AMDEC Éditer un scénario pédagogique http://www.ictt.insa-lyon.fr/Generic/Template/oven.owl IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  41. Composant Composant de Partie Contrôle Composant de Partie Opérative Logiciel Contrôleur IHM Automate Commande Retour Actionneur Magasin vertical Bouton Clavier Plus Moins Ok Star_stop Un extrait d’un patron pour un magasin vertical Scénario d’usage – AMDEC Ajouterunnouveaupatron IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  42. Mon magasin Département GI Scénario d’usage – AMDEC Ajouter un nouveau dispositif http://134.214.46.146 http://www.ictt.insa-lyon.fr/Elaboratories/applets.html http://134.214.46.163/demo/edu640x480v.shtml Le middleware ELaMS IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  43. Scénario d’usage – AMDEC Adapter ce scénario à un dispositif IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  44. Scénario d’usage – AMDEC Suivre une session de téléTP IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  45. Scénario d’usage – AMDEC Analyse de la sûreté de fonctionnement • Sécurité • Acteurs humains • Système informatique • Dispositifs technologiques • AMDEC (Analyse des Modes de Défaillances, de leurs Effets et de leur Criticité) • Objectifs • Analyse de la sûreté de fonctionnement du système • Démarche qualité • Sécurité, fiabilité, maintenabilité et disponibilité • Résultat • Évaluation de la gravité des évènements • Mise en évidence des éléments critiques du système • Proposition d’actions préventives (ou curatives) IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab

  46. Plan • I – Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • Démarche • Instanciation • Résultats & analyse • Généricité • VI- Conclusion & perspectives • I - Introduction • II - État de l’art • III - Proposition d’un modèle générique de téléTP • IV - Mise en œuvre : ICTT@Lab • V - Expérimentation et résultats • VI - Conclusion & perspectives

  47. théorique Modèle de TP Modèle de téléTP 6. Prise en compte des contraintes 5. Identification d’invariants entre présentiel et à distance 7. Extension / Ablation 11. Correction 4. Vérification et validation par un autre TP 3 1 2 8. Instanciation 3. Conceptualisation présentiel à distance 2. Indentification d’invariants d’un TP à l’autre (dès le 2ème passage) 10. Retour d’usage 9. Observation 1. Observation Un TP particulier Un téléTP particulier réel Démarche –  Instanciation – Résultats & analyse – Généricité La démarche expérimentale • Objectifs: la validation de notre système (modèle de téléTP) implique une série d’expérimentations dans l’ensemble des configurations possibles • 14 facteurs (LMS, Réseau informatique, …), deux modalités par facteur implique 16384 expériences • Contraintes d’ expérimentations (matérielles et humaines) • Plan d’expériences Taguchi (32 expériences) V - Expérimentation et résultats

  48. Site 2 Site 1 PC1 tuteur apprenants INTERNET webcam Le dispositif technologique Applications informatiques Salle machines Site 3 Démarche –  Instanciation – Résultats & analyse – Généricité Réalisationd’une expérience V - Expérimentation et résultats

  49. Capture d’écran des apprenants (en local) Site 2 Capture d’écran du tuteur (en local) Site 1 Contrôle distant via VNC tuteur Capture d’écran des apprenants (à distance) via VNC apprenants INTERNET camera webcam Observateur Le dispositif technologique Applications informatiques Site 3 Salle machines Site 3 Démarche –  Instanciation – Résultats & analyse – Généricité Dispositif de mesure V - Expérimentation et résultats

  50. Moins acceptable Peu acceptable Acceptable Très acceptable 124 101 54 31 78 Satisfaction du tuteur 93 100 81 44 25 63 Satisfaction des apprenants 77 76 63 33 19 48 Satisfaction de l’observateur 66 300 244 131 75 188 224 Satisfaction générale Démarche–  Instanciation – Résultats & analyse – Généricité Analyse et résultats de l’expérimentation • L’approche d’analyse proposée • Définition d’une grille pour évaluer le système • Tuteur (9 critères), apprenants (8 critères), observateur (4 critères) • Analyse qualitative et quantitative des mesures d’usages • Conclusions tirées de l’expérimentation V - Expérimentation et résultats

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