Artificial Intelligence Devoted to Education (AIDE):
We want to explore to what extent approaches or methods from cognitive neuroscience, linked to machine learning and knowledge representation, could help to better formalize human learning as studied in educational sciences. In other words: we are taking advantage of our better understanding of how our brains work to help us better understand how our children learn. The focus here is on learning computational thinking, i.e., what to share in terms of skills needed to master the digital world, not just consume or endure it. To achieve this, we consider modeling specific learning tasks involving creative problem-solving and tangible robotic artifacts.
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General presentation
The three operational objectives of the AIDE project
- At the theoretical level, using machine learning formalism to model the learner, as it can be done in computational neuroscience on another scale, e.g. considering reinforcement learning framework to account for human learning behaviors.
- At the experimental level, using machine learning tools to obtain more formalized, more reliable, and more automated measures of variables related to a learning situation, using real-life objects (e.g., unplugged activities, manipulation of tangible connected objects).
- At the pedagogical level, helping the learner understand their own learning process, making explicit the mechanisms involved in creativity and problem-solving.
In other words, before using artificial intelligence to improve human learning, let’s try to use it to better understand how humans learn.
This Exploratory action (AEx) is a four-year project that started end of 2020 and until 2024.
Preliminary outcomes
We introduced the idea of a symbolic description of a complex human learning task, in order to contribute to better understand how we learn [mercier:hal-03324136], in the specific context of a task, named #CreaCube, related to the initiation to computational thinking presented as an ill-defined problem. We assume that such a task engages the subject in solving a problem while appealing to creativity.
We proposed to apply a reinforcement learning paradigm to a symbolic representation of a concrete problem-solving task, formalized by an ontology [mercier:hal-03327706, mercier:hal-03791482]. This work is embedded in strong collaboration with education science collaborators [romero:hal-02957270] working on computational thinking initiation and computer science tools in education with a multi-disciplinary vision of cognitive function modeling [denet:hal-03382314].
We also proposed to map an ontology onto a SPA-based architecture with a preliminary partial implementation into spiking neural networks [mercier:hal-03360307, mercier:hal-03550354], in order to provide an effective link between symbolic knowledge representation and biologically plausible numerical implementation, also considering uncertainty by revisiting the possibility theory [vallaeys:hal-03338721].
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2023
Book sections
- titre
- Un MOOC pour initier a l’IA : « Intelligence Artificielle avec Intelligence »
- auteur
- Frédéric Alexandre, Marie-Hélène Comte, Aurélie Lagarrigue, Chloé Mercier, Axel Palaude, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- Canopé. Enseigner et apprendre à l’ère de l’intelligence artificielle, pp.96, 2023
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-
- titre
- L’IA pour mieux apprendre et apprehender L’IA
- auteur
- Frédéric Alexandre, Marie-Hélène Comte, Aurélie Lagarrigue, Thierry Viéville
- article
- Enseigner et apprendre à l’ère de l’intelligence artificielle, pp.96, 2023
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-
Poster communications
- titre
- Towards computational learning science: modeling creative problem solving in child-robot interaction through behavioral learning analytics
- auteur
- Margarida Romero, Frédéric Alexandre
- article
- ISLS 2023 – Annual Meeting of the International Society of the Learning Sciences, Jun 2023, Montréal, Canada
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-
Reports
- titre
- Early Empirical Results on Reinforcement Symbolic Learning
- auteur
- Waris Radji, Corentin Léger, Lucas Bardisbanian
- article
- RR-9509, Inria & Labri, Univ. Bordeaux. 2023, pp.9
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-
- titre
- Symboling : utiliser des structures symboliques dotées d’une métrique
- auteur
- Paul Bernard, Benjamin Hate, Morgane Laval
- article
- RR-9499, Inria & Labri, Univ. Bordeaux. 2023, pp.18
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-
2022
Journal articles
- titre
- An Ontology to Formalize a Creative Problem Solving Activity
- auteur
- Chloé Mercier
- article
- IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems, 2022, pp.1-1. ⟨10.1109/tcds.2022.3210234⟩
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-
Conference papers
- titre
- Ontology as manifold: towards symbolic and numerical artificial embedding
- auteur
- Chloé Mercier, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- Workshop on VSA and hyperdimensional computing – Winter 2022 session, Luleå University of Technology, Sweden and UC Berkeley, USA, Jan 2022, Virtual, Sweden
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-
Book sections
- titre
- Délibérer avec l’intelligence artificielle au service de l’intelligence naturelle.
- auteur
- Frédéric Alexandre, Thierry Viéville, Marie-Hélène Comte
- article
- Penser calculer délibérer., Mare & Martin, pp.19, 2022
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-
- titre
- Analyse d’activités d’apprentissage médiatisées en robotique pédagogique
- auteur
- Margarida Romero, Thierry Viéville, Laurent Heiser
- article
- B. Alberto; J.Thievenaz. Traité de méthodologie de la recherche en Sciences de l’Éducation et de la Formation, 2, Editions Raison et Passions, 2022, 978-2917645932
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-
Other publications
- titre
- Aha ! Le cri de la créativité
- auteur
- Frédéric Alexandre, Chloé Mercier, Thierry Viéville
- article
- 2022
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-
Poster communications
- titre
- The role of cognitive processes in creative problem solving: a computational approach
- auteur
- Frédéric Alexandre, Chloé Mercier, Axel Palaude, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- 7th annual meeting of the Society for the Neuroscience of Creativity (SfNC 2022), May 2022, Virtual, United States
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-
- titre
- Apprentissage par renforcement sur des connaissances symboliques structurées : modéliser la résolution créative de problèmes
- auteur
- Chloé Mercier, Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- CJC-SCo 2022 – Colloque des jeunes chercheur·se·s en sciences cognitives, Apr 2022, Paris, France.
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-
Reports
- titre
- Representation of belief in relation to randomness
- auteur
- Thierry Viéville, Chloé Mercier
- article
- RR-9493, Inria & Labri, Univ. Bordeaux. 2022, pp.20
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-
- titre
- Multimodal learning analytics for studying creative problem-solving with modular robotics
- auteur
- Axel Palaude, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- [Research Report] RR-9467, Inria & Labri, Université Bordeaux. 2022, pp.27
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-
- titre
- From CreaCube to EscapeCube: trying to add internal sensors to collect data automatically
- auteur
- Axel Palaude, Lucie Bannay, Baptiste Bernard, Thierry Viéville
- article
- [Technical Report] RT-0517, Inria & Labri, Université de Bordeaux. 2022, pp.18
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-
- titre
- Analysis of Intrinsic Motivation during a Problem-Solving activity
- auteur
- Lola Denet, Axelle Napala, Ginna Kurmen
- article
- [0] UCA – INSPE Académie de Nice. 2022, pp.102
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-
2021
Journal articles
- titre
- Quelle place pour l’IA dans l’éducation ?
- auteur
- Pascal Guitton, Margarida Romero
- article
- Lecture Jeune, 2021, L’intelligence artificielle au service de la lecture, 180
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-
Conference papers
- titre
- Ontology as neuronal-space manifold: Towards symbolic and numerical artificial embedding
- auteur
- Chloé Mercier, Hugo Chateau-Laurent, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- KRHCAI 2021 Workshop on Knowledge Representation for Hybrid & Compositional AI @ KR2021, Nov 2021, Hanoi, Vietnam
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-
- titre
- Reinforcement Symbolic Learning
- auteur
- Chloé Mercier, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- ICANN 2021 – 30th International Conference on Artificial Neural Networks, Sep 2021, Bratislava / Virtual, Slovakia
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-
- titre
- Formalizing Problem Solving in Computational Thinking : an Ontology approach
- auteur
- Chloé Mercier, Lisa Roux, Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- IEEE ICDL 2021 – International Conference on Development and Learning 2021, Aug 2021, Beijing, China
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-
Other publications
- titre
- Que se passe-t-il dans les cerveaux des cons ?
- auteur
- Thierry Viéville
- article
- 2021
- Accès au texte intégral et bibtex
-
Reports
- titre
- Analyse de la motivation intrinsèque au cours d’une activité de résolution de problèmes.
- auteur
- Lola Denet
- article
- [Rapport de recherche] RR-9430, Inria & Labri, Université Bordeaux. 2021, pp.183
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-
- titre
- Généraliser les possibilités-nécessités pour l’apprentissage profond
- auteur
- Théophane Vallaeys
- article
- [Rapport de recherche] RR-9422, Inria. 2021, pp.1-15
- Accès au texte intégral et bibtex
-
2020
Journal articles
- titre
- LINE – Mnémosyne : Des neurosciences computationnelles aux sciences de l’éducation computationnelles pour la modélisation du cerveau de l’apprenant et du contexte de l’activité d’apprentissage
- auteur
- Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville, Gérard Giraudon
- article
- Bulletin de l’Association Française pour l’Intelligence Artificielle, 2020, 108
- Accès au texte intégral et bibtex
-
Scientific blog post
- titre
- Parler de vérité autrement
- auteur
- Marie-Agnès Enard, Pascal Guitton, Thierry Viéville
- article
- Blog binaire – Le Monde, 2020
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-
- titre
- Quels sont les liens entre IA et Éducation ?
- auteur
- Thierry Viéville, Pascal Guitton
- article
- Blog binaire – Le Monde, 2020
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-
Book sections
- titre
- Game Mechanics Supporting a Learning and Playful Experience in Educational Escape Games
- auteur
- Divya Menon, Margarida Romero
- article
- Global Perspectives on Gameful and Playful Teaching and Learning, IGI Global, pp.143-162, 2020, 9781799820154. ⟨10.4018/978-1-7998-2015-4.ch007⟩
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-
Other publications
- titre
- Les hauts de Otesia
- auteur
- Lisa Roux, Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville
- article
- 2020
- Accès au texte intégral et bibtex
-
Poster communications
- titre
- From computational neuroscience to computational learning science: modeling the brain of the learner and the context of the learning activity
- auteur
- Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Lisa Roux, Gérard Giraudon, Thierry Viéville
- article
- SophIA-summit 2020, Nov 2020, Sophia-Antipolis / Virtual, France. 2020
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-
Reports
- titre
- A low-cost tabletop game to collect learning analytics during computational thinking using unplugged or tangible activities
- auteur
- Sabrina Barnabé, Lola Denet, Mathieu Manrique, Divya Menon, Éric Pascual, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- [Research Report] RR-9379, Inria. 2020
- Accès au texte intégral et bibtex
-
- titre
- Développement d’une ontologie pour l’analyse d’observables de l’apprenant dans le contexte d’une tâche avec des robots modulaires
- auteur
- Lisa Roux, Margarida Romero, Frédéric Alexandre, Thierry Viéville, Chloé Mercier
- article
- [Rapport de recherche] RR-9376, Inria. 2020, pp.48
- Accès au texte intégral et bibtex
-
- titre
- Le dispositif Tabletop du projet AIDE : développement de son interface utilisateur.
- auteur
- Lola Denet
- article
- [Rapport Technique] RT-0508, Inria Bordeaux Sud-Ouest. 2020, pp.14
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-
2019
Journal articles
- titre
- Computational thinking development and assessment through tabletop escape games
- auteur
- Divya Menon, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- International Journal of Serious Games, 2019, 6, ⟨10.17083/ijsg.v6i4.319⟩
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-
Book sections
- titre
- Going beyond digital literacy to develop computational thinking in K-12 education,
- auteur
- Divya Menon, Sowmya Bp, Margarida Romero, Thierry Viéville
- article
- Linda Daniela. Smart Pedagogy of Digital Learning, Taylor&Francis (Routledge), 2019, 9780367333799
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-
Contributors
- Axel Palaude (PhD Student)
- Chloé Mercier (PhD Student)
- Frédéric Alexandre (Researcher)
- Margarida Romero (Researcher)
- Thierry Viéville (Researcher)
with the advice and help of
Gérard Giraudon (Researcher), Dorian Mazauric (Researcher, adviser), Éric Pascual (Engineer, adviser), Didier Roy (Researcher, adviser), Hélène Sauzéon (Researcher, adviser), and thanks to former collaborators Sabrina Barnabé (Craftswoman), Jia Fu (former Intern student), Lola Denet (former MSc Intern student), Gabriel Doriath-Döhler (former BSc Intern student), Thalita Firmo-Drumond (former PhD student), Ali Issaoui (former Intern Student), Younes Jallouf (former MSc Intern student), Divya Menon (former MSc Intern student), Bhargav Teja Nallapu (former PhD student), [É]Lisa Roux (former PostDoc student), Théophane Vallaeys (former BSc Intern student).