Soutenance de thèse de Marjorie ARMANDO

De nombreuses recherches en cognition sociale ont montré que les stéréotypes de genre, qui véhiculent l’idée d’une infériorité intrinsèque des filles en mathématiques, peuvent nuire à leurs performances aux tests standardisés. Ce phénomène, connu sous le nom de menace du stéréotype, peut être réduit notamment en présentant des modèles féminins de réussite en sciences qui expliquent leurs bons résultats par le travail. Dans le contexte de la place grandissante du numérique éducatif, cette thèse se situe à l’interface de l’informatique et de la psychologie sociale, et poursuit un double objectif. Premièrement, il s’agit de développer des agents virtuels pédagogiques en 3D, adaptés à l’âge et au genre des élèves, capables d’interactions verbales et non-verbales pour créer un lien avec les élèves appelé "rapport virtuel" et pour expliquer leur réussite en mathématiques par leur travail et leurs efforts. Deuxièmement, il s’agit de tester si ces agents virtuels peuvent réduire l’effet de menace du stéréotype sur les performances des collégiennes en mathématiques. Après un travail informatique de modélisation des agents interactifs et de création d’un environnement virtuel d’apprentissage en mathématiques, deux études pilotes réalisées auprès de 144 élèves ont permis de vérifier que filles et garçons perçoivent les agents virtuels comme des modèles de réussite en mathématiques, s’identifient à eux, et cela est amplifié par le rapport virtuel instauré par les agents. Dans l’étude principale de la thèse, des élèves de 6e et 5e étaient guidés par un agent virtuel dans leur révision de notions mathématiques juste avant de passer un test sur ces notions. L’agent virtuel était soit féminin soit masculin, et variait dans sa façon d’expliquer sa réussite en mathématiques (absence d’explication versus explication centrée sur le travail et les efforts versus explication centrée sur le travail et les efforts avec création d’un rapport virtuel). Les résultats indiquent que l'agent féminin instaurant un rapport virtuel permet à tous les élèves d’obtenir de meilleures notes en mathématiques. Tout en étant cohérents avec la littérature sur les modèles de réussite en sciences, nos résultats contribuent à identifier, pour la première fois, leurs conditions d’efficacité dans le cadre de l'utilisation du numérique éducatif. Nous proposons plusieurs outils pour les chercheurs et les enseignants, notamment une version française du Test des Associations Implicites genre-mathématiques-lecture pour enfants/pré-adolescents, et un prototype d'application avec un agent virtuel pédagogique, où l'on peut adapter la leçon et les exercices.

Many studies in social cognition have shown that gender stereotypes, which convey the idea of intrinsic inferiority of girls in mathematics, can impair their performance on standardized tests. This phenomenon, known as stereotype threat, can be reduced by presenting female role models in sciences who explain their success with hard work. In the context of the growing importance of educational technology, this thesis is at the intersection of computer science and social psychology, with two objectives. Firstly, we aim to develop 3D virtual pedagogical agents, adapted to students' age and gender, capable of verbal and non-verbal interactions to establish a connection with students called "virtual rapport", and capable to explain their success in mathematics through their work and efforts. Secondly, we seek to test whether these virtual agents can reduce stereotype threat effects on middle school girls' mathematics performance. After creating a computationnal model of interactive agents and create a virtual mathematics learning environment, two pilot studies involving 144 students confirmed that both boys and girls perceive virtual agents as successful mathematics role models, identify to them, and this is amplified by the virtual rapport established by the agents. In the thesis' main study, 6th and 5th graders in France were guided by a virtual agent in their revision of mathematical concepts just before taking a test on those concepts. The virtual agent was either female or male and varied in how it explained its success in mathematics (no explanation versus explanation focused on work and effort versus explanation focused on work and effort with building virtual rapport). The results indicate that the female agent establishing virtual rapport enables all students to achieve better grades in mathematics. While consistent with the literature on successful role models in sciences, our results contribute to identify, for the first time, their conditions of effectiveness in the context of educational technology. We propose several tools for researchers and teachers, including a French version of the Implicit Association Test gender-mathematics-reading for children/pre-adolescents, and a prototype application with a virtual pedagogical agent, where the lesson and exercises can be modified.