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Pixel-Art et Intelligence Artificielle : Une assistance pour concevoir des fiches d’exercices mathématiques
Article mis en ligne le 5 octobre 2024
dernière modification le 7 octobre 2024

par Cyril Iaconelli

Cyril Iaconelli, auteur de cet article, partage de nombreuses activités et documents, comme ceux qu’il nous présente dans cet article. Toutes ces ressources sont sous licence CC-BY qui donne beaucoup de liberté à tous ceux qui souhaiteraient les utiliser. Dans un souci de cohérence avec cette démarche, il souhaite informer les lecteurs que cet article est soumis à cette même licence.

 Introduction

  Des fiches d’exercices de type Pixel-Art : Pour qui ? Pourquoi ?

  Présentation de la fiche pixel-art

Au début réticent à les intégrer à mes supports pédagogiques, depuis quelques années, j’explore l’utilisation des fiches d’exercices de type pixel-art dans mes enseignements de mathématiques (que je partage librement dans le projet La TeXiothèque de La Forge des Communs Numériques [1]). Ce format ludique, où chaque case à colorier correspond à la résolution d’un problème, motive particulièrement les élèves et les encourage à aller au bout des exercices.

Dans mon établissement, ces supports sont même demandés par les élèves en permanence lorsqu’ils n’ont plus de travail à faire. Par ailleurs, d’autres élèves viennent me retrouver une fois par semaine durant leur pause méridienne pour en réaliser lors de séances de « renfort maths ».

  Quel intérêt pédagogique ?

Prenons par exemple une séquence en classe de 6e sur les fractions : l’objectif est de renforcer les compétences de représentation et d’écriture des fractions. Après une série d’exercices « traditionnels », je leur propose une activité finale pixel-art pour conclure la séquence.

Mes règles se définissent ainsi :

  • le coloriage est facultatif ;
  • le coloriage s’effectue en classe qu’après vérification par le professeur de toutes les réponses correctement rédigées.

Ci-dessous, une fiche d’exercices de type pixel-art de révision donné en temps hors classe pour préparer l’évaluation (ce sont les élèves qui ont choisi le thème du dessin).

Lorsqu’elle est réalisée en classe, l’activité se déroule en fin d’heure sur une durée maximale de 30 minutes et sert de révision avant l’évaluation. Les élèves sont invités à terminer en travail hors classe. Cette approche permet de transformer des révisions souvent perçues comme fastidieuses en une activité plus engageante : « il faut trouver le dessin caché derrière les pixels. »

De plus, le gros avantage de ce type de support est que les réponses sont présentes sur la feuille et donc un élève peut facilement s’apercevoir si sa réponse est juste, ce qui garantit une forme d’autocontrôle et renforce l’autonomie de l’élève dans ses révisions.

Cependant, la création de ces grilles peut prendre un certain temps, en particulier la conception « artistique », mais aussi la génération des exercices associés.

  Et l’intelligence artificielle (IA) dans tout ça ?

L’intelligence artificielle, dite « générative » (c’est-à-dire capable de générer du contenu textuel ou visuel), et plus précisément l’utilisation de modèles comme DALL·E et ChatGPT, est récemment apparue comme pertinente dans la réalisation de ces supports pédagogiques. Ces IA génèrent, à partir d’une consigne fournie sous la forme d’un texte (appelé prompt), un contenu (texte, code ou image) pouvant être exploité par la suite.

Cet article a donc aussi pour objectif de détailler comment l’IA générative peut être intégrée à la création de fiches d’exercices de type pixel-art, tout en soulignant les avantages pédagogiques de cette approche.

 La genèse d’images « proche Pixel-Art » assistées par IA

  Création de Pixel-Art avec DALL·E

Dans le cadre de mes recherches sur les pixel-arts, j’ai découvert que l’IA peut jouer un rôle clé dans la création des visuels. DALL·E, une IA de génération d’images, me permet de créer des illustrations en pixel-art (ou presque) en utilisant des prompts spécifiques.

Par exemple, pour générer une image de singe tenant une banane en style pixel-art chibi, j’ai utilisé le prompt suivant :

Génère un pixel-art avec de très gros pixels (30x30) d’un singe qui tient une banane.
Style : chibi.

Voici deux exemples générés via DALL·E :

Ainsi, des élèves peuvent me demander des modèles sur mesure. Cela renforce à la fois l’engagement des élèves et la relation de confiance.

Il est aussi possible de consulter d’autres IA. Stable Diffusion est aussi une IA générative d’images réputée. Toutefois, il existe également l’IA générative AI Stable Horde accessible gratuitement sur le réseau social Mastodon qui produit des résultats satisfaisants :

Il est important de souligner que les illustrations réalisées ne sont pas des pixel-arts à part entière. En effet, les images sont en réalité en haute définition et la pixelisation y est imparfaite (les pixels sont de taille différente) mais la qualité reste suffisante pour faciliter le traitement de l’image dans les étapes ultérieures.

  Pixelisation avec Pixel-It

Pixel-It est une application web (disponible sur La Forge des Communs Numériques Éducatifs) permettant de créer des grilles de type pixel-art personnalisées à partir d’une image. Je détaille ci-dessous comment elle s’utilise :

  1. On définit la taille de la grille (largeur × longueur) en pixels.
  2. On charge une image qui se place en arrière-plan.
  3. On colorie les pixels par-dessus l’image. Une couleur est associée à une lettre. On dispose de plusieurs outils pour cela (palette, gomme, pipetage d’une couleur existante, remplissage…).
  4. On exporte l’image en .csv ou en .html pour l’exploiter ou la finaliser ultérieurement.
De gauche à droite : Image d’origine, image chargée en image de fond, pixel art en cours de réalisation, pixel art terminé, grille de lettres obtenue et résultat en couleur après coloriage.
Source de l’image d’origine : Ada & Zangemann

Ainsi, les images générées par IA sont ensuite retravaillées sur Pixel-it. Voici une capture d’écran montrant le résultat d’une image retravaillée :

Il est aussi possible de générer une grille depuis une image simple (non pixelisée). Cela a d’ailleurs été le cas pour le pixel-art « Stitch » présenté en introduction.

 Génération des exercices avec MathAléa ou avec l’assistance d’une IA

Maintenant que la grille est prête, il reste à générer les exercices qui permettront aux élèves de révéler progressivement ce dessin. Pour cela, je présente deux outils qui facilitent ce travail : MathAléa [2] d’une part, un générateur d’exercices aléatoires en libre accès développé par Coopmath et, d’autre part, les IA génératives telles que ChatGPT.

  MathAléa et la création d’exercices aléatoires

MathAléa est un outil que j’utilise également pour générer des exercices de mathématiques aléatoires. Cependant, je me suis rendu compte que l’utilisation de cet outil pouvait faciliter la conception d’exercices de type pixel-art, en générant des fiches complètes d’exercices structurées et sélectionnées sur des thématiques différentes ou non.

Je détaille ce processus et l’utilisation de l’application Pixel-It dans un tutoriel de trois vidéos successives :

La troisième et dernière vidéo se concentre sur l’utilisation de $\LaTeX$ pour la rédaction de ces fiches. C’est le format que je privilégie ; il a le double avantage d’être plus efficace et plus qualitatif dans la mise en page finale. Les packages PixelArtTikz (mais aussi plus largement ProfCollege) facilitent grandement ce travail.

  Utilisation de ChatGPT pour générer des exercices

  Du prompt à la fiche d’exercices

L’IA ChatGPT me permet de générer automatiquement des exercices adaptés à différents niveaux.

Voici notamment un exemple de prompt utilisé pour générer une fiche d’exercices à l’attention d’une classe de 6e :

Prompt
Sur la base de cet exemple, rédige une nouvelle fiche d’exercices avec de nouveaux problèmes combinant une ou plusieurs opérations pour les résoudre, utilisant des nombres entiers, pour une classe de 6e. Les valeurs des énoncés et les résultats doivent être des entiers positifs. Commence par la lettre A et arrête-toi à la lettre J. Les exercices doivent aller en difficulté croissante de A à J.
(Le code $\LaTeX$ d’une fiche “type” est donné à la suite pour finaliser ce prompt.)

L’IA propose ainsi un document $\LaTeX$ avec des exercices en respectant le format demandé. Voici un exemple de résultat, où chaque exercice est associé à une lettre dans la grille de pixel-art.

Exemple de code $\LaTeX$ produit par ChatGPT

Je retravaille ensuite cette proposition pour l’adapter aux besoins de ma classe et pour finalement sortir ce type de document :

L’ensemble de ce travail (de la conception de la grille jusqu’à la série d’exercices) me prend entre une et trois heures en fonction de la difficulté des exercices à produire (notamment pour la conception de fiche incluant des représentations géométriques) et des corrections et vérifications à réaliser suite au résultat produit par l’IA.

D’autres IA génératives comme Mistral AI (accessible gratuitement) ont été testées avec succès avec le même prompt.

  Quelles limites ?

Pour l’instant, les IA génératives ne permettent pas de créer des séries d’exercices de qualité avec des représentations poussées (figures géométriques, graphiques, etc.).
Les sorties restent satisfaisantes pour des exercices purement « textuels » (résolution de problèmes, résolution d’équations, etc.).
Ainsi, pour des exercices nécessitant des représentations avancées, le générateur de MathAléa garde une bonne longueur d’avance !

  Des outils disponibles : une opportunité pour créer !

Les outils utilisés comme MathAléa et les IA génératives au sens large facilitent grandement la conception d’exercices, tandis que Pixel-it simplifie le processus de création des grilles en pixel-art. Certains outils (en particulier Pixel-it et MathAléa) sont gratuits, libres et accessibles en ligne, et j’encourage les enseignants intéressés par cette approche à les essayer pour enrichir leur pratique. Concernant l’utilisation d’IA, il en existe d’autres que ChatGPT (Mistral AI, Gemini de Google, etc.) qui peuvent fournir des résultats satisfaisants et qui laissent, pour l’instant, un accès gratuit à leur utilisation.

 En classe : Retours d’expérience

  Un impact positif sur l’engagement des élèves et des collègues exploitant les supports

L’intégration des pixel-arts dans mes cours a considérablement augmenté l’engagement de mes élèves lors des révisions. La possibilité de visualiser un dessin coloré à la fin de leur travail mathématique motive même ceux qui sont habituellement peu enclins à participer. Cela les incite à résoudre correctement les exercices pour pouvoir colorier leur pixel-art.

J’ai également remarqué que cette approche ludique favorise la persévérance : les élèves n’hésitent pas à refaire les exercices pour corriger leurs erreurs, car ils savent que chaque bonne réponse les rapproche du dessin final.

Ces supports sont régulièrement partagés sur différents réseaux et j’ai eu de nombreux retours positifs de collègues qui ont également expérimenté cette pratique dans leurs propres classes et ont observé un plus fort investissement des élèves dans l’exécution des exercices.

 Conclusion

L’utilisation conjointe du pixel-art et de l’intelligence artificielle facilite la conception de supports mathématiques renforçant l’engagement des élèves en rendant l’apprentissage un peu plus ludique. L’IA s’intègre comme un outil pertinent pour faciliter la création de ressources pédagogiques. Cette méthode, encore récente, offre des perspectives prometteuses dans la conception de supports particulièrement en mathématiques.

  Liens vers les outils utilisés :

DALL·E
ChatGPT
Pixel-it
MathAléa
Mistral AI
Mastodon