Modèles de tests adaptatifs pour le diagnostic de connaissances dans un cadre d'apprentissage à ...

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Modèles de tests adaptatifs pour le diagnostic de
connaissances dans un cadre d’apprentissage à grande
échelle
Jill-Jênn Vie
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Jill-Jênn Vie. Modèles de tests adaptatifs pour le diagnostic de connaissances dans un cadre
d’apprentissage à grande échelle. Autre. Université Paris Saclay (COmUE), 2016. Français. ￿NNT:
2016SACLC090￿. ￿tel-01435148￿
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Submitted on 13 Jan 2017
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1
NNT:2016SACLC090
Thèse de doctorat
de l’Université Paris-Saclay
préparée à CentraleSupélec
École doctorale no 580
ED Sciences et technologies de l’information et de la communication
Spécialité de doctorat : Informatique
par
M. Jill-Jênn Vie
Modèles de tests adaptatifs pour le diagnostic de connaissances
dans un cadre d’apprentissage à grande échelle
ThèseprésentéeetsoutenueàCachan,le5décembre2016.
CompositionduJury:
Mme AmelBouzeghoub Professeur (Présidentedujury)
TélécomSudParis
Mme NathalieGuin MaîtredeconférencesHDR (Rapporteur)
LIRIS
M. SébastienGeorge Professeurdesuniversités (Rapporteur)
UniversitéduMaine
Mme VandaLuengo Professeurdesuniversités (Examinatrice)
UPMC
Mme MoniqeGrandbastien Professeurémérite (Examinatrice)
LORIA
Mme YolaineBourda Professeur (Directricedethèse)
CentraleSupélec
M. ÉricBruillard Professeurdesuniversités (Codirecteurdethèse)
ENSParis-Saclay
M. FabricePopineau Professeur (Coencadrantdethèse)
CentraleSupélec
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Remerciements
Mes remerciements vont avant tout à mes parents Lucien Vie et Catherine
HuiBonHoa,quim’ontsupportédepuisplusdevingt-cinqans,soitàpeuprès
huitfoisplusquemesencadrants.
Merci à Fabrice Popineau1 d’avoir encadré cette thèse, Yolaine Bourda2 de
l’avoir dirigée,Éric Bruillard3 de l’avoircodirigée,Sébastien George et Nathalie
Guin d’avoir accepté d’être rapporteurs de cette thèse, Amel Bouzeghoub, Mo-
niqueGrandbastienetVandaLuengod’avoiracceptédefairepartiedujury,Hiba
Hajrid’avoirpartagémonbureauavecunsourirepermanent,etenfinTomoko
Kōzu(神津智子)dem’avoirsoutenumoi-mêmependantmathèse,toutenayant
soutenulecontraire.Merciauxrockstarsdu labo:JeanCondé,MatthieuCisel,
MehdiKhaneboubi,TiphaineLiuethorsdulabo:BrunoMartin,DiegoRiofrío,
FranckSilvestre,MariaDenami,MaÿlisLimouzineau.Jedoiségalementremer-
cierGillesDowekpourm’avoiraidéàtrouvercetencadrementdethèse,Serge
Abiteboul pour m’avoir encouragé à de nombreusesreprisesmalgré son emploi
dutempsdeministreetsurtoutFrançoiseTort,quienplusd’êtreunepersonne
d’uneextrêmegentillesse,esttoutdemêmel’unedesinstigatricesduconcours
Castor4, a travaillé sans relâche sur l’élaboration des sujets, et a même rédigé
les nouveaux programmes d’informatique des classes de seconde, première et
terminale;ettoutça,personnenelesait.
Jeremercieégalementtousceuxquim’ontfaitpenseràautrechosequemon
sujetdethèse,meslointains5 amis:AmelleVandevelde,CléliadeMulatier,Coline
1. Superviseur de la traduction de la bible de 1 200 pages de Russell & Norvig : Artificial
Intelligence: AModernApproach,aficionadodeTeXetMetaPostàl’associationGUTenbergau
pointd’yinviterKnuthetZapf;ettoutça,personnenelesait.
2. Dontj’aipuconfirmerlaréputationdemamanàCentraleSupélec,quiatoujoursfaitpreuve
d’uneétonnanteefficacitéderelecturedemesépreuvesetd’unerigoureuseorganisationdontj’ai
—semble-t-il—beaucoupàapprendre…
3. Quiapuéclairermontravailàl’aidederecherchesissuesdessciencesdel’éducation.
4. Ils’agitd’unconcoursd’initiationàl’algorithmiquepourlesenfantsdela6eàlaterminale,
composéd’activitésludiques.http://castor-informatique.fr
5. Géographiquementseulement.
3
4
Wiatrowski,Jean-BastienGrill,Jean-PierreBoudine,Larissa&TobitCaudwell,
Laurent Bonnans, Michel Blockelet, Rose Glaeser, Svetlana Pinet6, Thomas Re-
fis, Vincent Maioli, mes très lointains5 amis Bruno & Laure Le Floch, Fayadhoi
Ibrahima,FlorenceBrücken,Juanjuan Liu,JulianaGutierrez-Mazariegos,Julien
Guertault,Sarah&MatDanskin,TancrèdeLepoint,XianZhang,lesmembresdes
associationsPrologin,MangakietParisACMSIGGRAPHainsiqueleclubalgo
del’ENSParis-Saclay:ChristophDürr,ClémenceRéda,ClémentBeauseigneur,
GaranceGourdel,GuillaumeAubian,JérémiePerrin,LêThànhDũngNguyễn7,
LucasGréaux, Noël Nadal, Olivier Marty,Rémi Dupré,ShendanJin, Thomas Es-
pitau et Victor Lanvin. Profitons-en pour remercierau passage le département
informatique dont j’ai détourné les fonds autant que se peut pour envoyer les
candidatsauconcoursSWERCàPortopendant3ans:merciCatherineForestier,
ImaneMimouni,PaulGastinetSergeHaddad.
Que serais-je sans les passions que je partage avec Antoine Pietri, Basile
Clement, Clément Dervieux, Cyril Amar, David Lambert, Julien Reichert, La
JeuneFilleau chat,PierreHénonet SamVie,qu’il s’agissedecinéma,de mangas,
d’opéra ou de chats? Faire de la musique permet également de quitter l’écran
à défaut du clavier, merci aux talentueuses Camille Laïly et Solène Pichereau
pour ces nombreux concerts que j’ai pris tant de plaisir à accompagner. Il me
fautmentionnerégalementlesmultiplesdiscussionsfructueusesdepuisledébut
delathèseavecAntoineAmarilli8,ElsaCaboche,ÉtienneSimon,JulienSimoni,
Morpheen,RogerMansuyetRyanLahfa.Vousn’imaginezpasàquelpointvous
m’avezinfluencé,etmotivéàpersévérer.
Concevoir un système de recommandation de mangas était au départ un
simple projet annexe pour tester mes algorithmes sur de vraies données, mais
celaaindirectementconduitàl’émissionLaFauteàl’algo queMichelBlockelet
etmoiavonsréaliséeavecl’équipedeNolife;àencadrerAlexisRivièreenstageà
Mangaki,cequim’arenforcédansmavolontédeformerdesjeunes;àencadrer
FrançoisVoisinavecBasileClement,cequinousamotivésàétudierlesprocessus
à point déterminantal et a donné lieu au chapitre 5 de cette thèse ainsi qu’à
une présentation de Mangaki à Deezer France et MFG Labs, puis devant des
investisseursjaponaisàTokyo.
IlmefautremercierencoreFabricePopineau,avecquinousavonspasséde
longuesheuresàrendrecettethèsearchivableauformatPDF/A-1b.J’espèreque
lessourcessurGitHubinspirerontd’autrespersonnes.Merciàlacommunauté
TeX.SE9 d’avoirréponseàtout,mêmeauxbugslesplusinvraisemblables.
6. Onfaitlacoursedepuisleprimaire;elleasoutenusathèselapremière,maisj’imagineque
çasejoueraaupremierquiaurasonarticledansNature.
7. Dontlesdiacritiquesontfaitplanterplusd’unsystème.
8. Ainsiquesesrelecturesinestimablesd’uneprécisionétonnante.
9. C’estgrâceàcesplateformesinnovantesquedescommunautéspeuvents’entraider.
5
Enfin,jeremerciecesartistes,professeursouentrepreneurs,dontleséchanges
parfoisraresmaistoujoursprécieuxm’ontpousséàtoujoursfaireplus10 :Emma-
nuel Lévy,Fabrice Popineau, Frederic VanderElst, GregWilson, Jean-Christophe
Poulain, Jonathan Dhiver, Lewis Trondheim, Marc Alperovitch, Marie-Amélie
Jéhanno,MattiSchneider,PierreBerger;ainsiquetouslesagrégatifsdelapré-
paration2014àl’ENSParis-Saclay11,pourcetteambiancedetravailpositiveoù
l’onestàtourderôleenseignantetjury,l’annéepréféréedemascolarité.Mercià
BenjaminDadoun,ClaireBrécheteau, CristinaSirangelo,DidierLesesvre,Lilian
Besson,LoïcDevilliers,LudovicSacchelli,RémiCheval,SylvainSchmitz,etbien
sûrlaprofdetouslesprofs,Claudine«Pikachu»Picaronny.
10. Ilexisteun termejaponaispourça,d’ailleurs: 頑張る (gambaru),quisignifie«Je vais
fairedemonmieux.»Ilestd’ailleursdifficiledepasserdel’agrégationdemathématiques,oùla
maîtriseetl’exactitudedecequel’onraconteestfacilementévaluablecarl’environnementest
clairementdéfini,àlathèse,oùl’ondoitdéfendresesargumentsdansunejungledemodèleset
constructionsintellectuellesetoùlesarticlessontéternellementperfectibles.
11. Écolequi,rappelons-le,n’existaitmêmepasàl’époque.
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Acronymes
CC composantesdeconnaissances.33
CD-CAT CognitiveDiagnosticComputerizedAdaptiveTests.35
DINA DeterministicInput,NoisyAnd.35
ECPE ExaminationfortheCertificateofProficiencyinEnglish.56
GenMA GeneralMultidimensionalAdaptive.20
GMAT GraduateManagementAdmissionTest.27
InitialD InitialDeterminant.20
MIRT MultidimensionalItemResponseTheory.31
MOOC MassiveOpenOnlineCourses.15
PPD processusàpointdéterminantal.97
SPARFA SparseFactorAnalysis.31
TIMSS TrendsinInternationalMathematicsandScienceStudy.57
7
8 Acronymes
Nomenclature
θ caractéristiquesdel’apprenanti dansMIRT,GenMA,page31
i
d paramètresdediscriminationdelaquestionj dansMIRT,GenMA,page31
j
δ paramètredefacilitédelaquestionj dansMIRT,GenMA,page31
j
Φ fonctionlogistique,page28
∝ proportionnelà,page36
θ valeurdeniveaudel’apprenanti pourlemodèledeRasch,page28
i
D donnéesdesapprenants,page27
d valeurdedifficultédelaquestionj pourlemodèledeRasch,page28
j
g paramètredechancepourlemodèleDINA,page35
i
K nombredecomposantesdeconnaissances,page35
k nombremoyendecomposantesdeconnaissancesparquestionpourSPARFA,
GenMA,page48
q entrée(j,k)delaq-matrice,page82
jk
s paramètred’inattentionpourlemodèleDINA,page35
i
V caractéristiquesdesquestionsdansMIRT,GenMA,page85
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