AI Tutor Bot de la Khan Academy vise à remodeler l’apprentissage

Une douzaine d’élèves se sont blottis à des tables de classe communes un matin ce printemps, les yeux fixés sur les cours de mathématiques sur leurs ordinateurs portables.

Les élèves de sixième année de la Khan Lab School, une école indépendante avec un campus élémentaire à Palo Alto, en Californie, travaillaient sur des équations quadratiques, des fonctions graphiques et des diagrammes de Venn. Mais lorsqu’ils ont eu des questions, beaucoup n’ont pas immédiatement appelé leur professeur pour obtenir de l’aide.

Ils ont utilisé une zone de texte à côté de leurs cours pour demander l’aide de Khanmigo, un tuteur de chatbot expérimental pour les écoles qui utilise l’intelligence artificielle.

Le robot de tutorat a rapidement répondu à une étudiante, Zaya, en lui demandant d’identifier des points de données spécifiques dans un graphique. Ensuite, Khanmigo l’a persuadée d’utiliser les points de données pour résoudre sa question mathématique.

« C’est très bien pour vous guider pas à pas dans le problème », a déclaré Zaya. « Ensuite, il vous félicite chaque fois qu’il vous aide à résoudre un problème. »

Les étudiants de la Khan Lab School sont parmi les premiers écoliers aux États-Unis à essayer des chatbots conversationnels expérimentaux qui visent à simuler un tutorat humain individuel. Les outils peuvent répondre aux élèves par des phrases claires et fluides, et ils ont été spécialement conçus pour un usage scolaire.

Basées sur des modèles d’IA sous-jacents à des chatbots comme ChatGPT, ces aides à l’étude automatisées pourraient inaugurer un changement profond dans l’enseignement et l’apprentissage en classe. Des tuteurs simulés pourraient permettre à de nombreux étudiants autonomes de perfectionner leurs compétences, d’approfondir des sujets qui les intéressent ou d’aborder de nouveaux sujets à leur propre rythme.

De tels systèmes de tutorat automatisés non éprouvés pourraient également commettre des erreurs, favoriser la tricherie, diminuer le rôle des enseignants ou entraver la pensée critique dans les écoles – obligeant les élèves à tester les sujets pour ce qui équivaut à une expérience d’éducation par algorithme. Ou, comme une légion d’outils technologiques prometteurs avant eux, les bots peuvent tout simplement faire peu pour améliorer les résultats scolaires.

Khanmigo fait partie de la vague de nouveaux outils d’apprentissage alimentés par l’IA. Il a été développé par Khan Academy, un géant de l’éducation à but non lucratif dont les didacticiels vidéo et les problèmes pratiques ont été utilisés par des dizaines de millions d’étudiants.

Sal Khan, le fondateur de Khan Academy – et de Khan Lab School, une organisation à but non lucratif distincte – a déclaré qu’il espérait que le chatbot démocratiserait l’accès des étudiants à un tutorat individualisé. Il a également déclaré que cela pourrait grandement aider les enseignants dans des tâches telles que la planification des cours, les libérant pour passer plus de temps avec leurs élèves.

« Cela permettra à chaque étudiant aux États-Unis, et éventuellement sur la planète, d’avoir effectivement un tuteur personnel de classe mondiale », a déclaré M. Khan.

Des centaines d’écoles publiques utilisent déjà les cours en ligne de la Khan Academy pour les mathématiques et d’autres matières. Maintenant, l’organisation à but non lucratif, qui a introduit Khanmigo cette année, teste le robot de tutorat avec des districts, y compris les écoles publiques de Newark dans le New Jersey.

Khan Academy a développé le bot avec des garde-corps pour les écoles, a déclaré M. Khan. Ceux-ci incluent un système de surveillance conçu pour alerter les enseignants si les élèves utilisant Khanmigo semblent obsédés par des problèmes tels que l’automutilation. M. Khan a déclaré que son groupe étudiait l’efficacité de Khanmigo et prévoyait de le rendre largement disponible dans les districts cet automne.

Des milliers d’écoles américaines utilisent déjà des outils analytiques d’IA tels que des systèmes de détection de plagiat et des applications d’apprentissage adaptatif conçues pour ajuster automatiquement les cours aux niveaux de lecture des élèves. Mais les partisans envisagent les nouveaux systèmes de tutorat assistés par l’IA comme des changeurs de jeu éducatifs, car ils agissent plus comme des collaborateurs étudiants que comme des logiciels inertes.

La facilité de l’IA avec le langage a incité certains enthousiastes à déclarer que les tuteurs simulés pourraient bientôt être aussi individuellement sensibles aux étudiants que les tuteurs humains.

« Les IA acquerront cette capacité, d’être le meilleur tuteur possible », a déclaré Bill Gates, co-fondateur et philanthrope de Microsoft, lors d’une récente conférence pour les investisseurs dans les technologies éducatives. (Khan Academy a reçu plus de 10 millions de dollars de subventions de la Fondation Bill & Melinda Gates.)

On ne sait pas encore si les robots peuvent fournir le type de soutien empathique et d’encouragement authentique qui peuvent rendre les tuteurs humains particulièrement efficaces.

Depuis plus d’un siècle, les entrepreneurs de l’éducation ont imaginé des appareils de classe programmés pour tester automatiquement les élèves et dispenser un enseignement.

Comme le raconte l’écrivaine en éducation Audrey Watters dans son livre « Teaching Machines », les chercheurs des années 1920 ont commencé à affirmer que les dispositifs d’enseignement automatisés révolutionneraient l’éducation. Les machines, ont-ils promis, libéreraient les enseignants de la corvée et permettraient aux étudiants de travailler à leur propre rythme et de recevoir des commentaires automatisés.

Au fil des décennies, les écoles qui se sont précipitées pour adopter les dernières technologies d’enseignement automatisé ont souvent trouvé les systèmes capricieux ou défectueux. Certains ont conclu que les outils automatisés n’amélioraient guère les résultats des élèves.

Aujourd’hui, de nouveaux chatbots incitent à une nouvelle campagne d’aides pédagogiques automatisées. Khanmigo souligne la promesse éducative et les inconvénients potentiels de la technologie.

La Khan Academy a commencé à développer un logiciel de tutorat par chatbot l’automne dernier dans le but d’évaluer le potentiel de l’IA pour améliorer l’apprentissage. Le système utilise GPT-4, un grand modèle de langage créé par OpenAI, le laboratoire de recherche derrière ChatGPT.

M. Khan a dit qu’il voulait créer un système pour aider à guider les étudiants, plutôt que de simplement leur donner des réponses. Les développeurs de la Khan Academy ont donc conçu Khanmigo pour utiliser la méthode socratique. Il demande souvent aux élèves d’expliquer leur pensée afin de les inciter à résoudre leurs propres questions.

Khanmigo offre de l’aide sur une grande variété de sujets : mathématiques au primaire, histoire américaine au collège, éducation civique au lycée et chimie organique au niveau universitaire. Il a également des fonctionnalités qui invitent les étudiants à discuter avec des personnages fictifs comme Winnie-the-Pooh ou des personnages historiques simulés comme Marie Curie.

Les systèmes d’IA basés sur de grands modèles de langage peuvent également concocter de fausses informations. En effet, les modèles sont conçus pour prédire le mot suivant dans une séquence. Ils ne s’en tiennent pas aux faits.

Pour améliorer la précision de Khanmigo en mathématiques, les développeurs de la Khan Academy ont créé un processus en plusieurs étapes : le système élabore des réponses à un problème mathématique dans les coulisses, puis le compare à la réponse d’un élève. Malgré tout, le système de tutorat de la Khan Academy affiche un avertissement en bas de l’écran : « Khanmigo fait parfois des erreurs ».

Khan Lab School, où les frais de scolarité annuels coûtent plus de 30 000 $, offre un banc d’essai idéal pour les robots de tutorat. L’école de la Silicon Valley a de petites classes et une philosophie entrepreneuriale encourageant les enfants à poursuivre leurs passions et à apprendre à leur propre rythme. Ses étudiants férus de technologie sont habitués à bricoler avec les outils numériques.

Un matin ce printemps, Jaclyn Major, spécialiste des STEM à l’école primaire de Khan, a regardé ses élèves tester de manière ludique les limites du bot.

Un élève a demandé à Khanmigo d’expliquer un problème de mathématiques en utilisant les paroles d’une chanson. Un autre a demandé de l’aide en mathématiques dans « l’argot de la génération Z ».

« Voulez-vous me rendre un service de plus et tout expliquer en coréen ? » un troisième a déclaré dans une conversation textuelle avec le chatbot.

Khanmigo consciencieusement obligé. Ensuite, il a renvoyé chaque élève à la tâche mathématique à accomplir.

Mme Major a dit qu’elle appréciait la façon dont le système interagissait avec ses élèves de manière engageante.

« Khanmigo est capable de se connecter avec eux et d’être à leur niveau s’ils le souhaitent », a-t-elle déclaré. « Je pense que cela pourrait être utile dans n’importe quelle classe. »

Il est trop tôt pour dire si Khanmigo sera également attrayant pour d’autres publics, tels que les écoles publiques avec des classes plus nombreuses ou des étudiants qui ne sont pas habitués à conduire leur propre apprentissage.

Dans la salle de classe, Zaya, l’élève de sixième, avait rencontré un pépin. Khanmigo lui avait demandé d’expliquer comment elle avait trouvé la réponse à un problème d’ensemble de données. Ensuite, le bot a suggéré à tort qu’elle avait peut-être fait une « petite erreur » dans ses calculs.

Elle a rapidement averti le chatbot de l’IA : « 19 + 12 est 31 khanmigo », a-t-elle écrit.

« Excuses pour mon erreur plus tôt », a répondu Khanmigo. « Vous avez en effet raison. »

Cela peut s’avérer être l’une des leçons les plus importantes pour les écoliers qui utilisent de nouveaux robots tuteurs prometteurs : ne croyez pas chaque texte généré par l’IA que vous lisez.

« N’oubliez pas que nous le testons », a rappelé Mme Major à ses élèves. « Nous apprenons – et c’est en train d’apprendre. »