L’intelligence artificielle dans l’éducation : L’IA comme sujet d’enseignement
L’intelligence artificielle a envahi notre quotidien et il est impossible d’ignorer sa place dans tous les secteurs de la société. Elle est en émergence dans le domaine de l’éducation avec des applications à destination tant des apprenants que des enseignants avec l’objectif d’améliorer la qualité, l’efficacité et l’équité de l’éducation. Dans le précédent article, nous avons donné une définition de l’IA, analysé la place de l’IA au service de l’apprentissage des élèves et les retombées sur l’enseignement. Nous avons essayé de voir dans quelles mesures l’enseignant voit sa place et son rôle modifiés.
Introduction du dossier de l'IA dans l'éducation : Quels enjeux pour enseigner et apprendre avec l'IA ?
L'IA dans l'éducation comme sujet d'enseignement
Dans cet article, nous posons notre focus sur l'IA comme sujet d'enseignement. À l'heure de la société de la connaissance, il est important que chaque citoyen ne soit pas un simple consommateur de technologie. Nous avons des défis à relever autour des sciences du numérique qui doivent avoir la même place que les sciences de la vie et de la Terre dans la formation d'un individu dans les programmes scolaires. L'intelligence artificielle est particulièrement concernée. Les élèves, au quotidien se retrouvent en face de l'IA comme par exemple à travers « Alexa » qui annonce la météo du jour. Les enjeux sont de taille. Comment dépasser les représentations initiales des élèves qui peuvent penser que ces petites machines fonctionnent comme par magie. Il est crucial que les élèves puissent comprendre comment ces voix peuvent nous informer du temps. L'école a un grand rôle à jouer.
Comme pour l’enseignement et l’apprentissage de la programmation qui a connu un essor exceptionnel au cours des dernières années, l’idée n’est pas de faire des jeunes formés à l’école des ingénieurs informatiques. Il s’agit plutôt de les préparer pleinement au monde de demain et de comprendre ce qu'est l'IA en se posant ces questions cruciales.
- Quelle place pour l'IA dans les contenus disciplinaires ?
- Que devrait savoir chaque élève sur l’IA tout au long de la scolarité et avec quels projets ?
L'IA dans les systèmes éducatifs - Politiques éducatives
L’objectif du projet IA pour l'éducation est de contribuer à faire en sorte que les principaux acteurs des systèmes éducatifs nationaux soient prêts et aptes à exploiter le potentiel de l’IA. Ceci afin de garantir une éducation inclusive, équitable, de qualité et des opportunités d’éducation tout au long de la vie pour tous. Des standards pour l 'IA et l'éducation ne sont-ils pas nécessaires pour relever tous les défis éthiques, techniques et pédagogiques ? Quel est l'état d'avancement au niveau international permettant d'exploiter l'IA et élaborer des politiques éducatives sur l'IA ?
Vers un curriculum pour l'IA tout au long de l'enseignement ?
Computing in the national curriculum
Beaucoup de pays comme l'Estonie ou l'Angleterre, ont pris l'option d'intégrer des curriculum dans le domaine des sciences du numérique. L'Angleterre a défini un curriculum autour des sciences du numérique en développant « le computational thinking » (la pensée informatique chère à Seymour Papert). L'Angleterre a lancé un Curriculum Primary - National Curriculum Guidance (.pdf 6,22 Mo) en 2014 du primaire jusqu'au collège.
En ce qui concerne plus précisément l’IA, au delà de la pensée informatique, il nous faut définir ce que les élèves doivent connaître de la maternelle à la Terminale, sur ces grands axes :
Enseignement de l'IA : L'initiative des informaticiens AI4K12
Comme indiqué sur ce schéma, l’initiative des informaticiens AI4K12 identifie cinq grandes idées que chaque élève ou étudiant devrait connaître sur l’IA :
- Les ordinateurs perçoivent le monde à l’aide de capteurs. Les exemples incluent la reconnaissance vocale et la vision par ordinateur. Les problèmes émergents comprennent la nature de l’intelligence et les limites de la perception humaine et informatique.
- Les agents maintiennent des représentations du monde et les utilisent pour raisonner. Les exemples incluent les types d’algorithmes, le travail qu’ils font et leurs limites.
- Les ordinateurs peuvent apprendre des données. Les exemples incluent les types d’apprentissage automatique, mais des problèmes tels que les biais dans les données de formation suscitent des inquiétudes.
- Les agents intelligents nécessitent de nombreux types de connaissances pour interagir naturellement avec les humains. Les exemples incluent l’interaction avec des assistants numériques, des chatbots et des robots. Les problèmes émergents concernent la nature de la conscience et les limites de l’interaction de l’IA.
- Les applications de l’IA peuvent avoir un impact sur la société à la fois positif et négatif. Les problèmes émergents incluent l’utilisation, l’équité et la transparence des algorithmes et les impacts sociaux probables.
Envisioning AI for K-12: What Should Every Child Know about AI?
L’Association pour l’avancement de l’intelligence artificielle (AAAI) et l’Association des professeurs d’informatique (CSTA) ont annoncé une initiative conjointe pour développer des directives nationales pour l’enseignement de l’intelligence artificielle aux élèves de la grande section maternelle à la Terminale (AAAI, 2018).
Le groupe de travail s’est penché sur le type de connaissances que les élèves du préscolaire, du primaire et du secondaire devraient avoir et les compétences qu’ils devraient développer en lien avec l’intelligence artificielle. Il a dégagé quelques propositions pour établir un curriculum autour de l’IA et que l’on peut découvrir dans ce document.
Dans ce rapport, le groupe a défini les compétences et les connaissances que les élèves du préscolaire devraient maîtriser, ainsi que pour chaque cycle du primaire et du secondaire.
L’idée n’est pas d’en faire des futurs experts en IA mais il est important de leur faire vivre des expériences et des manipulations et qu’ils puissent découvrir et comprendre comment cela fonctionne. Le meilleur moyen pour les élèves d’apprendre ce qu’est l’IA est de leur proposer des projets adaptés pour leur faire vivre des expériences pratiques.
Des ressources et des projets d'enseignement
Ressources AI for K-12
Le groupe de travail AI for K-12 a créé un répertoire de ressources en ligne où les enseignants peuvent trouver des vidéos, des démonstrations, des logiciels et des projets liés à l’IA qu’ils peuvent intégrer dans leurs plans de cours.
Cognimates
Cognimates (Druga, Vu, Likhith, Oh, Ocejo, Qui, & Breazeal, 2018) propose un ensemble d’extensions « Scratch » qui donnent accès à des API de génération de la parole, de reconnaissance vocale, de catégorisation de texte, de reconnaissance d’objets et de contrôle de robots. L’intégration de projets « Cognimates » pour construire des notions autour de l’IA dès l’école primaire permet d’aborder les contenus d’IA avec de nouveaux paradigmes pédagogiques.
Machine Learning for Kids
Machine Learning for Kids est un autre site qui propose des démonstrations en ligne où les élèves peuvent mener des projets avec l’aide d’applications web ou d’extensions Scratch.
Le projet « Voiture ou tasse » par exemple permet d’apprendre à un ordinateur à reconnaître les images d’objets. Il s’agit d’entraîner l’ordinateur pour qu’il soit capable de trier les photos en groupes. Les élèves de la grande section maternelle au CE1 peuvent apprendre à interagir avec des agents vocaux et avoir une certaine expérience de la vision artificielle (par exemple, la reconnaissance de visages ou d’objets à l’aide d’une webcam et d’une application web). Il s’agit alors de mettre les enfants en situation « in situ » pour « apprendre à entraîner un ordinateur » et découvrir les notions de machine-learning.
Le projet « Zombie » : les élèves peuvent développer un modèle de « machine learning » pour prédire où les zombies se cachent dans un hôtel effrayant. Situation problème : la sélection des fonctionnalités et les arbres de décision en utilisant l’IA pour échapper aux zombies !
Hubs – Adacraft
Des hubs de projets IA sont mis à la disposition des élèves qui peuvent apprendre ce qu’est l’IA dès l’école primaire. Des plates-formes en ligne comme « adacraft » permettent de développer des activités autour de ces verbes d’actions : Jouez, regardez, remixez, partage, comme par exemple, en intégrant les arts et l’IA.
Exemple de projet IA et arts avec Adacraft
Scratch
Il est possible d’utiliser une IA dans un projet type Scratch
Edsquare
De nombreux projets sont proposés par Edsquare pour aborder l’IA dès l’école primaire.
De nouveaux robots
De nouveaux robots voient le jour pour aborder l’intelligence artificielle :
Le document de nos expériences avec @NaoDruye a été mis à jour : vous y découvrirez tous nos programmes https://t.co/8ZdOgVlzRv !! #CodeH
— Les CM de Druye 🏫 (@Cm1Cm2_Druye) June 9, 2017
Le robot Cozmo par exemple permet la détection d’objets et de marqueurs personnalisés, la reconnaissance des visages, la manipulation d’objets, la planification de parcours et la génération de la parole :
This robot will make robotics more accessible for kids! #AI #Robotics #5G via @IntEngineering@SpirosMargaris @HaroldSinnott @Paula_Piccard @ipfconline1 @ShiCooks @Fisher85M @sebbourguignon @labordeolivier @kalydeoo @Ym78200 @tewoz @Nicochan33 @chboursin @HITpol @3itcom @AkwyZ pic.twitter.com/QBcfWLvcx2
— Jean-Baptiste Lefevre (@jblefevre60) February 20, 2020
Les expérimentations de l'enseignement de l'IA en Chine avec le double « enseignant »
En 2019, Codemao prévoit de vulgariser la classe d’intelligence artificielle dans les écoles primaires et secondaires à l’échelle nationale de la Chine avec programme national de formation « Classe à double enseignant en IA ». Récemment, la société chinoise d’enseignement du codage en ligne, Codemao, a officiellement lancé son dernier service d’enseignement, le projet « Classe à double enseignant AI » pour les écoles primaires et secondaires. La « classe double enseignant AI » est un service de classe d’enseignement de la programmation d’IA professionnelle utilisant le mode d’enseignement « Enseignement d’enseignants en ligne avec moteur d’IA + un enseignant hors ligne.
Le projet « Classe double enseignant IA » de « Codemao » a pris les devants en opérant dans 100 écoles sur des bases de démonstration dans toute la Chine. Codemao fournira des services d’expérience en classe en ligne. La société a prévu de populariser le laboratoire national de classe à double division d’IA dans les écoles primaires et secondaires du pays et de lancer le programme national de formation de laboratoire de classe à double division d’IA.
Ce « Plan » chinois est ouvert à toutes les écoles primaires et secondaires du pays, tant qu’elles répondent aux exigences matérielles et réseau de base de la classe à double enseignant. Parallèlement, Codemao a commencé à aider les écoles à construire des « laboratoires » qui s’appuient sur les environnements réseaux existants pour mener des expériences de classe réelles, permettant aux enseignants et aux élèves de découvrir un nouveau modèle de programmation de classe à l’aide de l’intelligence artificielle.
Dans le monde actuel, les enfants doivent apprendre à travailler avec l’intelligence artificielle et la technologie pour mieux les comprendre. À travers des projets interactifs à développer tout au long de la scolarité, nous pouvons démontrer aux enfants que ce sont eux qui ont la maîtrise de la machine et qu’ils sont plus intelligents que les IA ! Ils peuvent découvrir qu’en réalité, les machines sont créées grâce à l’intelligence humaine. Elles ne sont pas à l’abri de faire des erreurs.
Nous avons vu que les plate-formes de projets IA sont nombreuses. Dans un souci de progressivité des apprentissages, il reste à définir un curriculum en associant pour chaque compétence et notion, les projets associés pour chaque cycle de la scolarité. Les concepts pourront aussi se construire d’une manière progressive. A l’image du référentiel anglais de compétences du CAS (Computer at school) , il serait important de définir plus précisément un référentiel pour l’IA à tous les niveaux.
Michèle Drechsler est docteur en sciences de l’information et de la communication et Inspectrice de l’Education Nationale IEN retraitée. Passionnée par l’intégration du numérique dans l’éducation et la formation, elle a pu développer des expertises dans de nombreux domaine (Innovation, recherche, pilotage, gestion des connaissances…). Repenser la façon dont on apprend, dont on enseigne avec les potentialités du numérique a été un fil conducteur de sa carrière.
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