Institut de la Francophonie pour l’Informatique Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES MASTER D’INFORMATIQUE Scénario didactique en sciences : le modèle de tâches hiérarchiques BUI Kim Uyen Responsables de stage : Serge GARLATTI Ce stage a été réalisé au sein du Département informatique de l’Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne GET - ENST Bretagne Brest, 30 août 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Je tiens particulièrement à remercier M.Serge GARLATTI, mon responsable de stage, pour l’en- cadrement,l’aide, les utiles conseils et l’environnement de travail très chaleureuse qu’il m’a donné pendant toute la durée du stage. Je tiens également à remercier M.Jean Louis Tetchueng, pour son explication très clairement des concepts didactiques, ses aides, ses commentaires et ses discussion qui ont fait progresser mon travail. J’adresse mes sincères remerciements à tous les professeurs de l’IFI, qui sont quelquefois très sévères, pour m’avoir enseigné et me donné les cours intéressants pendant mes études au niveau master. Je n’oublie pas de remercier tous le personnels de l’IFI qui m’ont apporté de l’aide.
Je voudrais aussi remercier Jean-Louis, mes collègues, mes camarades de la promotion XI que j’ai pu apprendre beaucoup de choses en discutant avec eux. Finalement, je voudrais remercier ma famille, mes parents et mes amis qui sont toujours près de moi et m’ont apporté le courage dans les moments difficiles. i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résumé Les scénarios didactiques sont de plus en plus utilisés dans un système de E-learning ou un Envi- ronnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH). Notre projet MODALES a pour but de créer un environnement contenant des scénarios didactiques qui permet à des enseignants d’apprendre leur métier en réalisant des séquences de formation.
Autrement dit, son objectif est de mettre l’ap- prenant dans un contexte d’apprentissage actif lors de la résolution de problème dans le cadre d’une formation en ligne. En plus concret, il mettra l’apprenant en situation d’éprouver sa capacité à analyser un problème, à bâtir une stratégie de résolution, à opérer des choix par rapport au problème à résoudre (choisir la problématique, sélectionner des ressources, des documents,.) En effet, il existe plusieurs façons pour modéliser ou représenter des scénarios didactiques dans un système EIAH. Dans le cadre de notre projet, nous nous intéressons d’utiliser le modèle de tâches hiérarchiques pour représenter des scénarios didactiques. Le principe de ce modèle est de décomposer une tâche au niveau d’abstraction plus générale en des sous tâches plus détails jusqu’à des tâches élémentaire, c’est-à-dire, des tâches peuvent être réalisées par une simple procédure.
L’apprenant doit suivre et achever tous les sous tâches selon une expression de contrôle. Avec ce modèle, l’apprenant peut avoir une vue d’ensemble (overview en anglais) sur où il commencera, il lui reste combien de tâches à accomplir. Mots-clés : Scénario didactique, modèle de tâches hiérarchiques, ontologies, moteur de composition, document virtuel adaptatif. ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract The didactic scenarios are more and more used in the E-learning system or the EIAH (Environne- ment Informatique pour l’Apprentissage Humain).
The purpose of our project MODALES is to create an environment containing the didactic scenarios which enable the probationary teachers to learn their profession by accomplish a sequence of task in a course online. In other words, its objective is to put learner in an active learning context at the time of the resolution of problem within the scope of E- learning. In more concrete, it will put learner in the situations to test its capacity to analyze a problem, to build a resolution strategy, to make the choices in relation to problem to be solved (to choose the problems, to select resources, documents. Indeed, there is several ways to model or represent the didactic scenarios in an E-learning system.
With in our project’s scope, we are interested to use the task hierarchical model to represent the didactic scenarios. The principle of this model is to break up a task with a high general abstraction level into the subtask with a lower abstraction level until we obtain a list of elementary tasks, i., tasks can be carried out by a simple procedure. Learning must follow and complete all of the subtasks according to an expression of control. With this model, learner will have an overview on where he will start, it remains how much tasks for him to achieve.
Key words : Didactic scenario, task hierarchical model, ontology, composition engine, adaptive virtual document. iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières Résumé ii Abstract iii 1 Introduction 1 1.3 Contribution du stage .4 Environnement de travail .5 Plan du rapport. 2 2 Scénarios didactiques et Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain 4 2.1 Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain .3 Rôle des scénarios didactiques dans le système EIAH. 7 3 Modélisation des scénarios didactiques 8 3.1 Modèles de tâches hiérarchiques .2 Élément de base .3 Modèle de tâches hiérarchiques .2 Modélisation des scénarios didactiques .1 Analyser des scénarios didactiques .2 Transposition informatique des scénarios à l’aide d’un modèle hiérarchique de tâches.
13 4 Moteur de composition de SCARCE 16 4.1 Architecture de SCARCE .2 Implémentation du SCARCE .1 Document Virtuel Adaptatif .3 Ontologies dans SCARCE. 22 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Modèle de tâche hiérarchique. 43 6 Conclusion et Perspective 47 6. 47 Bibliographie 47 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des figures 3.1 Paradigme Tâche/Méthode .2 Élément de base du modèle : tâches, méthodes et entités .3 Architecture hiérarchique des tâches .4 Plan de scénario de formation commun aux PE, PLC SVT, PLC Physique-Chimie .5 Un scénario pour un cours dans MODALES .1 Architecture de SCARCE .2 Architecture du Web sémantique .3 Processus de composition d’un document virtuel .4 Cartographie des techniques adaptation .1 Architecture du modèle de 5 couches .2 Diagram de class du modèle de tâche hiérarchique .3 Description de la classe Task .4 Description de la classe ModalesTask .5 Description de la classe Method .6 Diagramme de classe du modèle de l’utilisateur .7 Description de la classe User .8 Description de la classe Learner .9 Description de la classe Teacher .10 Description de la classe CurrentClass .11 Description de la classe Origin .12 Description de la classe SessionData .13 Description de la classe HistoricData .14 Description de la classe LearnerCategorie .15 Application du modèle de 5 couches dans la conception .16 Architecture de l’Ontobroker .17 Ontologie de tâches .19 Ontologie de domaine .20 Ontologie de contexte .21 Page d’entrée du MODALES .23 Page principale de l’application .24 Composant Navigation globale .25 Composant Navigation locale.
45 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.27 Composant Structure de contrôle. 46 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chapitre 1 Introduction 1.1 Problématique Depuis quelques années, l’informatique est de plus en plus utilisée dans les activités de formation au sein des établissements d’enseignement. L’application de l’informatique dans la formation ou en par- ticulier, dans la formation à distance ou " e-learning ", a apporté de nouveaux outils et techniques dont le but était d’améliorer le confort du cadre d’apprentissage. Aujourd’hui, le terme EIAH (Environne- ment Informatique pour l’Apprentissage Humain) dénote une évolution vers la recherche d’association ou d’interaction entre l’homme et la machine, notamment à travers les technologies de l’information et de la communication.
Mais une des difficultés la plus abordée est le besoin de réutiliser des ressources (documents, composants) décrites par les métadonnées et les ontologies pour concevoir des nouveaux systèmes d’information en faisant l’adaptation avec les différents type d’utilisateur. Pour surmonter ces difficultés, les auteurs [GIT03] ont proposé un environnement flexible d’hypermédia adaptatif basé sur l’approche de document virtuel et l’évolution du Web sémantique, qui est baptisé SCARCE (Se- mantiC and Adaptative Retrival and Composition Environment). Cet environnement permet de gérer et spécifier la sélection, le filtrage et l’organisation au niveau sémantique. SCARCE se base sur deux différents recherches : projet ICCARS (Integrated and Collaborative Computer Assisted Reporting Sys- tem) et projet CANDLE (Collaborative And Network Distributed Learning Environment).
D’ailleurs, il est réutilisé dans le projet KMP (Knowledge Management Portal) [GIT03]. Dans SCARCE, l’auteur est responsable de choisir le contenu du document et son organisation. Il crée un document générique constitué des spécifications des processus de sélection et d’organisation de l’information. La sélection correspond à une spécification sémantique du contenu du document qui sert à la recherche d’informa- tions.
L’organisation est fait à l’aide de la structure narrative qui est en effet un graphe orienté dans lequel chaque noeud contient une spécification de son contenu et les arcs correspondent aux relations sémantiques [IKS02]. Dans le cadre de notre stage, nous nous focalisons sur le scénario didactique en sciences. En effet, un scénario didactique ou un cours est représenté par une chaîne des tâches à accomplir, qui ont pour but d’obtenir des connaissances sur un domaine précis chez l’apprenant. Alors, pour accomplir une tâche, il faut terminer ses sous tâches de bout de séquence jusqu’à la fin.
En cohérence avec cette problématique, l’objectif de notre stage est d’étudier des scénarios didactiques dans un EIAH et d’implémenter de scénario didactique représenté par le modèle de tâches hiérarchiques dans le moteur de composition SCARCE. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Objectif Mon travail de stage se situe dans le cadre du projet MODALES (MOdelling Didactic-based Active- Learning Environment in Sciences). Donc, au début nous voudrions présenter en quelques mots des principe du projet MODALES. MODALES est un projet où collaborent des chercheurs en didactique des sciences et sciences de l’éducation (CREAD, Université de Rennes2-IUFM de Bretagne ; Université de Bretagne Occidentale (UBO-Brest), en psychologie cognitive (CRPCC, Université de Rennes2), en informatique (LUSSI, ENSTB).
L’objectif de ce projet est de mettre en place des scénarios didactiques qui permettent à de futurs enseignants(ici, ce sont les PE et PLC2, appelés apprenants) "d’apprendre leur métier". Il s’agit de mettre l’apprenant dans un contexte d’apprentissage actif (pédagogie active ou apprentissage par problèmes ou problem-based learning) lors de la résolution de problèmes dans le cadre d’une formation en ligne. Grâce à ces problèmes, les apprenants peuvent éprouver sa capacité à analyser un problème, à bâtir une stratégie de résolution, à opérer des choix par rapport au problème à résoudre : choix de la problématique, sélection des sources documentaires, modalité de sélection de ces sources. Dans le cadre du projet MODALES, ce stage a pour but de : – Étudier les approches de composition existantes, implémentés dans le projet SCARCE.
– Étudier le scénario didactique en sciences et le modèle de tâches hiérarchiques. – Implémenter des scénarios didactiques en sciences représentées par les modèle de tâches hiérar- chiques dans le moteur de composition SCARCE.3 Contribution du stage Les principaux contributions de ce travail sont les suivantes : – L’implémentation des scénarios didactiques en sciences en utilisant le modèles de tâches hiérar- chiques – L’intégration du modèle de tâches hiérarchique dans le moteur de composition de SCARCE 1.4 Environnement de travail Les travaux de recherche présentés dans ce rapport ont été réalisé au sein du département infor- matique (LIT - Laboratoire Informatique des Télécommunications) de l’ENST-Bretagne dans le cadre du projet MODALES (MOdeling Didactic-based Active Learning Environment in Sciences). L’objec- tif principal de ce projet est de développer un pôle de compétence pluridisciplinaire régional dans le domaine des EIAH (Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain) s’appuyant sur les compétences en didactique et en histoire des sciences ainsi qu’en sciences de l’éducation au sein du CREAD de l’université de Rennes, en psychologie cognitive du CRPCC2 et en conception d’EIAH vue comme des documents virtuels adaptatifs fondés sur l’architecture du Web Sémantique par l’LUSSI de l’ENST Bretagne.5 Plan du rapport Ce rapport est composé de 6 chapitres regroupé en 2 parties. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Première partie : Introduction.
Dans cette partie, d’abord je présente brièvement les informations générales sur le problématique du stage, le contexte du projet MODALES et l’organisation du rapport.