Scénario didactique en sciences le modèle de tâches hiérarchiques

Institut de la Francophonie pour l’Informatique Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de BretagneMÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES MASTER D’INFORMATIQUE Scénario didactique en sciences

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 UyenResponsables 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 aỏt 2007

Je tiens particulièrement à remercier M.Serge GARLATTI, mon responsable de stage, pour cadrement,l’aide, les utiles conseils et l’environnement de travail très chaleureuse qu’il m’a donnépendant toute la durée du stage

l’en-Je tiens également à remercier M.l’en-Jean Louis Tetchueng, pour son explication très clairement desconcepts 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 trèssévères, 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 demoi et m’ont apporté le courage dans les moments difficiles

Les scénarios didactiques sont de plus en plus utilisés dans un système de E-learning ou un ronnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH) Notre projet MODALES a pour but decréer un environnement contenant des scénarios didactiques qui permet à des enseignants d’apprendreleur 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’uneformation en ligne En plus concret, il mettra l’apprenant en situation d’éprouver sa capacité à analyser

Envi-un problème, à bâtir Envi-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 tâcheshiérarchiques pour représenter des scénarios didactiques Le principe de ce modèle est de décomposerune tâche au niveau d’abstraction plus générale en des sous tâches plus détails jusqu’à des tâchesélémentaire, c’est-à-dire, des tâches peuvent être réalisées par une simple procédure L’apprenant doitsuivre et achever tous les sous tâches selon une expression de contrơle Avec ce modèle, l’apprenantpeut avoir une vue d’ensemble (overview en anglais) sur ó il commencera, il lui reste combien detâches à accomplir

Mots-clés : Scénario didactique, modèle de tâches hiérarchiques, ontologies, moteur de composition,document virtuel adaptatif

to build a resolution strategy, to make the choices in relation to problem to be solved (to choose theproblems, 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 didacticscenarios The principle of this model is to break up a task with a high general abstraction level intothe subtask with a lower abstraction level until we obtain a list of elementary tasks, i.e., tasks can becarried 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, itremains how much tasks for him to achieve

Key words : Didactic scenario, task hierarchical model, ontology, composition engine, adaptive virtualdocument

Table des matières

1.1 Problématique 1

1.2 Objectif 2

1.3 Contribution du stage 2

1.4 Environnement de travail 2

1.5 Plan du rapport 2

2 Scénarios didactiques et Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain 4 2.1 Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain 4

2.2 Scénarios didactiques 5

2.3 Rôle des scénarios didactiques dans le système EIAH 6

2.4 Conclusion 7

3 Modélisation des scénarios didactiques 8 3.1 Modèles de tâches hiérarchiques 8

3.1.1 Introduction 8

3.1.2 Élément de base 8

3.1.3 Modèle de tâches hiérarchiques 10

3.2 Modélisation des scénarios didactiques 12

3.2.1 Analyser des scénarios didactiques 12

3.2.2 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 16

4.2 Implémentation du SCARCE 18

4.2.1 Document Virtuel Adaptatif 18

4.2.2 Méthode d’adaptation 20

4.2.3 Ontologies dans SCARCE 22

5 Implémentation 24

5.1 Architecture générale 24

5.2 Conception 25

5.2.1 Modèle de tâche hiérarchique 25

5.2.2 Modèle d’utilisateur 27

5.3 Moteur d’inférence 36

5.4 Ontologies 37

5.5 Résultats obtenus 43

6 Conclusion et Perspective 47 6.1 Conclusion 47

6.2 Perspective 47

Table des figures

3.1 Paradigme Tâche/Méthode 9

3.2 Élément de base du modèle : tâches, méthodes et entités 9

3.3 Architecture hiérarchique des tâches 11

3.4 Plan de scénario de formation commun aux PE, PLC SVT, PLC Physique-Chimie 13

3.5 Un scénario pour un cours dans MODALES 15

4.1 Architecture de SCARCE 17

4.2 Architecture du Web sémantique 17

4.3 Processus de composition d’un document virtuel 20

4.4 Cartographie des techniques adaptation 21

5.1 Architecture du modèle de 5 couches 24

5.2 Diagram de class du modèle de tâche hiérarchique 26

5.3 Description de la classe Task 27

5.4 Description de la classe ModalesTask 28

5.5 Description de la classe Method 29

5.6 Diagramme de classe du modèle de l’utilisateur 30

5.7 Description de la classe User 31

5.8 Description de la classe Learner 31

5.9 Description de la classe Teacher 31

5.10 Description de la classe CurrentClass 32

5.11 Description de la classe Origin 32

5.12 Description de la classe SessionData 33

5.13 Description de la classe HistoricData 33

5.14 Description de la classe LearnerCategorie 34

5.15 Application du modèle de 5 couches dans la conception 34

5.16 Architecture de l’Ontobroker 37

5.17 Ontologie de tâches 38

5.18 Ontologie d’utilisateur 39

5.19 Ontologie de domaine 40

5.20 Ontologie de contexte 42

5.21 Page d’entrée du MODALES 43

5.22 Message d’erreur 43

5.23 Page principale de l’application 44

5.24 Composant Navigation globale 44

5.25 Composant Navigation locale 45

5.26 Composant Communication 455.27 Composant Structure de contrôle 465.28 Composant Contenu 46

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 ticulier, dans la formation à distance ou " e-learning ", a apporté de nouveaux outils et techniques dont

par-le but était d’améliorer par-le confort du cadre d’apprentissage Aujourd’hui, par-le terme EIAH ment Informatique pour l’Apprentissage Humain) dénote une évolution vers la recherche d’association

(Environne-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 nouveauxsystèmes d’information en faisant l’adaptation avec les différents type d’utilisateur Pour surmonterces difficultés, les auteurs [GIT03] ont proposé un environnement flexible d’hypermédia adaptatif basésur 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 deuxdifférents 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’auteurest responsable de choisir le contenu du document et son organisation Il crée un document génériqueconstitué des spécifications des processus de sélection et d’organisation de l’information La sélectioncorrespond 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 danslequel chaque noeud contient une spécification de son contenu et les arcs correspondent aux relationssémantiques [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 butd’obtenir des connaissances sur un domaine précis chez l’apprenant Alors, pour accomplir une tâche, ilfaut 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 descénario didactique représenté par le modèle de tâches hiérarchiques dans le moteur de compositionSCARCE

1.2 Objectif

Mon travail de stage se situe dans le cadre du projet MODALES (MOdelling Didactic-based Learning Environment in Sciences) Donc, au début nous voudrions présenter en quelques mots desprincipe du projet MODALES MODALES est un projet ó collaborent des chercheurs en didactiquedes sciences et sciences de l’éducation (CREAD, Université de Rennes2-IUFM de Bretagne ; Université

Active-de Bretagne OcciActive-dentale (UBO-Brest), en psychologie cognitive (CRPCC, Université Active-de Rennes2), eninformatique (LUSSI, ENSTB) L’objectif de ce projet est de mettre en place des scénarios didactiquesqui permettent à de futurs enseignants(ici, ce sont les PE et PLC2, appelés apprenants) "d’apprendreleur 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 lecadre d’une formation en ligne Grâce à ces problèmes, les apprenants peuvent éprouver sa capacité àanalyser 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 deces 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 chiques dans le moteur de composition SCARCE

hiérar-1.3 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 chiques

hiérar-– L’intégration du modèle de tâches hiérarchique dans le moteur de composition de SCARCE

L’objec-1.5 Plan du rapport

Ce rapport est composé de 6 chapitres regroupé en 2 parties

Première partie : Introduction.

Dans cette partie, d’abord je présente brièvement les informations générales sur le problématique dustage, le contexte du projet MODALES et l’organisation du rapport Ensuite, dans la partie de revuebibliographique, je me focalise sur deux principaux concepts : scénario didactique et modèle de tâcheshiérarchiques

– Chapitre 2 fait une synthèse des scénarios didactiques et ses rôles dans un système EIAH– Chapitre 3 décrit le modèle de tâches hiérarchique : ses concepts fondamentaux, ses propriétés,

la formalisation des scénarios didactiques

Deuxième partie : Implémentation des scénarios didactiques représentées par les modèle de tâcheshiérarchiques dans le moteur de composition SCARCE

Dans cette partie, je décris l’architecture du moteur de composition SCARCE et l’implémentation dumodèle de tâches

– Chapitre 4 présente le moteurs de composition SCARCE, des technologies utilisées

– Chapitre 5 illustre l’implémentation

Finalement, chapitre 6 donne quelques conclusions et les perspectives du travail

Chapitre 2

Scénarios didactiques et Environnement Informatique pour l’Apprentissage

Humain

2.1 Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain

Un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH) est défini comme un ronnement informatique conçu dans le but de favoriser l’apprentissage humain, c’est-à-dire la construc-tion de connaissances chez un apprenant La conception d’un EIAH est un processus complexe, pro-fondément pluridisciplinaire [TCH02] Un des objectifs d’un EIAH est de proposer d’une part, un en-vironnement adapté aux besoins des apprenants et des enseignants afin de leur permettre de réaliser lesactivités prévues, et d’autre part, des dispositifs pour soutenir plus spécifiquement leur interaction avecl’environnement au cours des activités qu’elles soient d’apprentissage ou de conception pédagogique[VL06] Le champ de recherche concernant EIAH est ainsi transdisciplinaire et les travaux nécessitentd’être menés par des équipes pluridisciplinaires

envi-Les sciences et technologies de l’information et de la communication (STIC), ont une contributionparticulière à apporter aux dispositifs d’éducation et de formation et plus universellement à l’appren-tissage humain Cette contribution comprend d’une part des outils et des infrastructures favorisant ladiffusion et la mutualisation de connaissances, et d’autre part la conception et la réalisation d’environ-nements informatiques dont la finalité explicite est de susciter et d’accompagner l’apprentissage hu-main La recherche sur les EIAH est fortement pluridisciplinaire (car elle nécessite en effet des points

de vues croisés des domaines de recherches suivants : didactique des sciences, psychologie cognitive,informatique et au sein de l’informatique entre IHM (Interaction Homme Machine), IA (IntelligenceArtificielle), génie logiciel, etc.) et doit donc s’instancier dans un tel cadre Parmi les enjeux principauxdes EIAH de nos jours, on peut citer les points suivants [GAR06] :

– L’étude et la formalisation du savoir-faire des enseignants comme fondements à la conceptiondes EIAH et à la diffusion des connaissances

– La prise en compte de situations concrètes d’apprentissage permettant de créer des cours luables, de valider les approches théoriques et pratiques, puis ensuite de généraliser

éva-– La mise au point de modèles d’évaluation adaptés à des EIAH L’évaluation de la qualité de prentissage de deux points de vue : l’un de la didactique des sciences et l’autre de la psychologie

– Le passage d’EIAH clos et locaux à des services Web adaptatifs/personnalisables accessibles detous et de partout assurant : la réutilisation, le partage et l’échange des ressources d’apprentis-sages, et des connaissances et enfin le savoir-faire des enseignants comme fondements des EIAH,mais aussi pour assurer une meilleure formation des futurs enseignants et formateurs

L’objectif du projet MODALES est la mise en place de séquences de formation à destination de turs enseignants Notre approche est de construire un système d’apprentissage en utilisant l’approcheapprentissage par problème représenté par des scénarios didactiques Autrement dit, les scénarios di-dactiques sont le coeur du système Dans la section suivante, nous allons présenter la définition duscénario didactique et ses rôles dans un système EIAH

fu-2.2 Scénarios didactiques

Actuellement, le terme "scénario didactique" est utilisé par différentes communautés Donc, il

existe plusieurs définitions dépendent de ses propres points de vue Pour les praticiens appartenant à

une discipline ou à une communauté de pratique, un scénario désigne "la description écrite, structurée

et partageable de ce qu’un enseignant prévoit de faire ou a fait" Autrement dit, le concept de scénario

didactique s’exprime par des initiatives personnelles visant à mieux expliciter, pour les apprenants, lesintentions pédagogiques, et à mettre en place des situations actives d’apprentissage

Pour le monde scientifique, notamment dans le domaine de l’informatique appliquée à l’éducation,

le concept de scénario est vu comme "un ensemble ordonné d’activités, régies par des acteurs qui utilisent et produisent des ressources".

Particulièrement, dans le domaine des EIAH, un scénario didactique est défini comme "le ment d’une activité d’apprentissage, la définition des objectifs, la planification des tâches, la descrip- tion des tâches des apprenants et des modalités d’évaluation" [VL07].

déroule-On peut citer une autre définition trouvée sur http ://edutechwiki.unige.ch : "Initié par un gnant ou un groupe d’enseignants dans le but d’encadrer les activités des apprenants, un scénario pédagogique décrit une séquence d’apprentissage, ses objectifs pédagogiques et les moyens à mettre

ensei-en oeuvre pour atteindre ces objectifs (comme, par exemple, l’idensei-entification des ressources didactiques nécessaires) Généralement, le scénario pédagogique donne lieu à un projet, une activité particulière d’apprentissage, dont la réalisation permettra à l’enseignant de vérifier l’acquisition des compétences recherchées chez l’étudiant"

En effet, la conception des scénarios est fondée sur des pratiques réelles acquises à l’aide de la rie en anthropologie didactique de la connaissance et est formalisée dans un modèle de tâche hiérar-chiques [WIL92, TRI98] Les enseignants appartiennent à une communauté de pratiques : ils partagentdes connaissances communes pour travailler ensemble Les scénarios sont fondés sur les connaissancesexplicites de la communauté de pratiques

théo-Se basant sur les définitions ci-dessus, on peut affirmer que le concept de scénario didactique

com-plète ou remplace d’autres termes plus couramment utilisés par les enseignants comme "cours", quence" ou "situation d’apprentissage" En résumé, le scénario didactique est un composant central du

"sé-traitement pédagogique et il a trois rôles principaux :

– Premièrement, il définit précisément l’activité proposée aux apprenants sur l’OPI (Objet gogique Interactif) ;

Péda-– Deuxièmement, il spécifie également le contrôle qui sera fait de la progression de l’apprenantdurant cette activité ;

– Troisièmement, il détermine enfin l’assistance pédagogique qui lui sera fournie automatiquement

en fonction de sa progression

Le concept de scénario pédagogique s’exprime dans les pratiques enseignantes par des initiatives sonnelles visant à mieux expliciter, pour les apprenants, les intentions pédagogiques, et à mettre enplace des situations actives d’apprentissage Du point de vue didactique, l’émergence du concept descénario est révélatrice du déplacement du paradigme épistémologique de la connaissance d’une lo-gique de la transmission à une logique d’apprentissage

per-2.3 Rôle des scénarios didactiques dans le système EIAH

Comme nous venons de le voir, les scénarios didactiques ont un rôle très important dans un tème EIAH L’objectif des scénarios est de décrire des activités d’apprentissage pour acquérir desconnaissances dans un domaine quelconque et résoudre un problème particulier Un scénario dépend

sys-de plusieurs dimensions qui décrit sys-des situations d’apprentissage différentes, par exemple, le domained’apprentissage ; l’apprenant (ses savoir-faire et son niveau de connaissance) ; le tuteur ou l’enseignant ;les activités d’apprentissage (ses typologies, organisations et coordinations) ;la distribution des activi-tés entre l’apprenant, l’enseignant et l’ordinateur ; la procédure d’apprentissage selon les circonstancesd’une école/institut/université et l’environnement didactique ou pédagogique Le modèle de tâche hié-rarchique nous permet de définir des activités d’apprentissage, de distribuer des activités entre l’ap-prenant, l’enseigner et l’ordinateur, de transposer les concepts principaux de la théorie de Chevallard[TGL07] De même façon, la mise en place des scénarios de formation dépend de variables et de para-mètres suivants :

– L’origine des apprenants (ici PE et PLC en Formation Initiale (FI) avec des variabilités dividuelles et inter catégorielles

interin-– La situation didactique

– Les ressources humaines et documentaires disponibles

– La répartition entre formation en présent et à distance

– La distribution de l’activité entre les différents "participants" (machine, apprenants, tuteurs, seignants, etc.)

en-Ces variables et paramètres permettront de déterminer des stratégies d’adaptation pour l’EIAH End’autres termes, il s’agit de définir un scénario générique qui sera à même de couvrir une majorité desituations didactiques A partir de ce scénario générique, l’EIAH calculera dynamiquement un scénariodédié à l’apprenant courant et sa situation didactique Les enseignants appartiennent à une commu-nauté de pratiques : ils partagent des connaissances communes pour travailler ensemble Le scénariogénérique est basé sur les connaissances communes explicites qui sont les points clé de la conception

de l’EIAH et de l’adaptation pour fournir à chaque apprenant un cours adapté à sa situation didactique.Dans le cadre de SCARCE, on a utilisé quatre ontologies qui sont :

– l’ontologie des métadonnées au niveau de l’information qui décrit la structure d’indexation desressources, quelques valeurs d’indexes sont pris dans les ontologies de domaine et de document

– l’ontologie de domaine représentant la connaissance dans un domaine spécifique - physique,didactique, épistémologie

– l’ontologie du document se compose d’un modèle de document - organisation et sélection etd’un modèle d’adaptation Ce modèle de document et modèle d’adaptation deviennent une onto-logie didactique de scénario fondé sur un modèle hiérarchique de tâches et un nouveau modèled’adaptation fondé sur les catégories d’adaptation nécessitées par le projet de MODALES– l’ontologie utilisateur qui définit les différents stéréotypes - catégories des professeurs et desapprenants et leurs différentes propriétés

Ces connaissances sont fondées sur les connaissances communes et explicites partagées par tous lesmembres de la Communauté de pratiques En d’autres termes, les scénarios sont les points clé pourconcevoir l’ontologie de document, le schéma de métadonnées et les spécifications - ou scénario géné-rique

2.4 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons étudié le concept de scénario didactique et ses rôles dans un systèmeEIAH Ce concept a des différentes définitions dépendent aux différents points de vue de communauté.Dans notre cadre, nous nous intéressons à la définition d’un scénario didactique dans le domaine EIAH,qui est défini comme le déroulement d’une activité d’apprentissage, la définition des objectifs, la pla-nification des tâches, la description des tâches des apprenants et des modalités d’évaluation

Enfin, nous avons montré le rôle des scénarios didactiques dans un système EIAH Se basant sur

un scénario générique, le système de E-learning calculera dynamiquement un scénario particulier dédié

à l’apprenant courant et à sa situation d’apprentissage En résumé, le scénario didactique est le coeurd’un système EIAH et il est le point clé pour concevoir l’ontologie de document, le schéma de méta-données et les spécifications - ou scénario générique Dans le chapitre suivant, nous ferons le point sur

la modélisation de scénario didactique

Chapitre 3

Modélisation des scénarios didactiques

3.1 Modèles de tâches hiérarchiques

3.1.1 Introduction

Modèle de tâches est un des modèles proposés dans CommonKads [SWdH+94] Selon [SWdH+94],

le modèle de tâche est une méthodologie conçue pour le développement des systèmes à base de sance Le modèle de tâche décrit à un niveau général les tâches Il permet de définir le concept de tâche,d’exprimer la décomposition d’une tâche en des sous tâches et l’ordre d’exécution de ces sous tâches,

connais-de lancer l’exécution connais-des sous tâches L’article [CDTT98] présente un modèle permettant la tion abstraite de la méthode de résoudre le problème, la représentation des connaissance à des niveauxd’abstraction différents C’est le paradigme Tâche/Méthode Les auteurs ont défini des éléments prin-cipaux du paradigme tâche/méthode, ce sont l’activité et la méthode

modélisa-– Une activité est un aspect de la méthode de résoudre le problème, elle est identifiée par seignant quand il présente son processus de raisonnement Une activité est définie par nom,pré-conditions, post-conditions, contexte actif, ressources et méthodes qui peuvent obtenir le but

l’en-de l’activité Une activité peut être obtenu par plusieurs méthol’en-des

– Une méthode est un moyen possible pour accomplir une activité On a divisé les méthodes endeux types Tandis que une méthode de décomposition se fend ou se divise une activité en dessous tâches, une méthode d’opération défini quel processus doit effectuer pour résoudre uneactivité

La figure 3.1 ci-dessous est un exemple du paradigme tâche/méthode

Le modèle de tâches hiérarchiques nous permet de définir des activités d’apprentissage et drant, de distribuer des activités entre l’apprenant, le tuteur et la machine et de transposer aussi lesprincipaux concepts de la théorie de Chevallard [TGL07]

l’enca-3.1.2 Élément de base

Ce modèle contient trois types d’éléments, s’intitule tâches, méthodes et entité [WIL92] Les tâchesmodélisent les problèmes existants et leurs associent des stratégies de résolution qui décrivent comment

la tâche peut être décomposée en sous-tâches plus élémentaires Les méthodes définissent les inférences

ou les actions élémentaires possibles dans lesquelles les tâches sont finalement décomposées et les

Problem analysis

Formalisation of the mathematical optimisation situation

Solution of a linear programming problem

Solution analysis

Variables

definition

Definition of the nature of the objective function

Writing out the objective function

Constraint definitions

Definition of the feasibility domain

Solution determination Isoquant

tracing

Graphic method Method of tables

Method of tables applied to dual Formalise an optimisation problem

entités les objets manipulés dans un domaine

sont finalement décomposées et les entités les objets manipulés dans un domaine

Tâches

(Problème & stratégies de résolution)

Méthodes

(Inférence/actions élémentaire/programmes)

Un problème peut être décrit à différents niveaux d’abstraction A chaque niveau, les tiques de ce problème sont plus spécifiées et différents cas plus concrets sont distingués Chaque niveau

caractéris-de précision dans la caractéris-description du problème, chaque cas différent, correspond dans notre modèle à la

définition d’une tâche Quand la description du problème concerné correspond à un niveau trop général,aucune stratégie de résolution ne lui associe Et vice-versa, quand elle décrit un cas bien spécifique, onlui associe directement une stratégie de résolution appropriée.

Donc, pour résoudre un problème au niveau d’abstraction trop général, il faut d’abord le poser récursivement en des sous tâches jusqu’à on obtient des tâches plus raffinées, c’est-à-dire destâches peuvent être réalisées par des simples procédures L’exécution de ce problème correspond auxexécutions en séquence de chacune de ces sous tâches dans l’ordre induit par la décomposition de latâche

Selon [TRI98], une méthode peut être de type décomposition (on lui associe alors un ensemble

de sous tâches) ou de type calcul (on lui associe alors une procédure de calcul).Une méthode de composition n’exerce pas de contrôle spécifique sur la décomposition qu’elle réalise Elle décompose

dé-une tâche T i en sous tâches et T i est considérée comme réalisée si toutes ses sous tâches sont réalisées[TRI98]

En considération des contraintes sur les valeurs d’entrées et les valeurs de sorties peuvent êtredéfinies, qui permettent de vérifier si les données fournies en entrée peuvent effectivement être traitéesavec la méthode et si les sorties produites ont les caractéristiques requises pour les résultats

Une méthode permet de résoudre un problème élémentaire, soit par une inférence, soit par tion d’un programme externe Nous distinguons ainsi :

l’exécu-– Les méthodes internes, définies par le concepteur de la base de connaissances et complètementintégrées dans cette base, et

– Les méthodes externes qui font appel à des programmes issus de bibliothèques de programmes,dont l’exécution doit être gérée différemment

Entités

Les entités représentent les objet manipulés dans le domaine d’application, et en particulier ceuxutilisés en tant qu’entrées et sorties par les tâches et les méthodes Les tâches sont organisées en hiérar-chies selon la précision avec laquelle elles définissent le problème concerné, c’est-à-dire ses entrées etses sorties Il y a ainsi souvent une correspondance dans la structure des hiérarchies de classes modéli-sant les tâches et des hiérarchies de classes modélisant les entités

3.1.3 Modèle de tâches hiérarchiques

Nous avons identifié dans la section précédente quelques caractéristiques essentielles d’une tâche :– Une tâche modélise un problème par l’ensemble de ses entrées / sorties et permet de lui attacherune stratégie de résolution par décomposition en sous tâches plus élémentaires

– Une tâche modélise le problème concerné à un niveau précis d’abstraction Les hiérarchies declasses d’objets représentant les tâches dans la base de connaissances matérialisent ces niveauxd’abstraction.

Dans cette partie, nous détaillons de façon plus précise le modèle de tâches hiérarchiques Nous tons des aspects suivants :

discu-– La distinction de tâches modélisant des problèmes abstraits et de tâches modélisant des blèmes précis auxquels sont associés des stratégies de résolution

pro-– La description de la stratégie de résolution

Distinction tâches abstraites et tâches élémentaires

Une tâche ou un problème à résoudre peut être décrit à différents niveau d’abstraction Tandis qu’à

un niveau abstrait et trop général de description, une stratégie précise de résolution ne peut être finie, à un niveau faible d’abstraction le problème correspondant est décrit de manière suffisammentprécise pour lui associer une stratégie adéquate Ainsi deux catégories de tâches s’imposent, les tâchesabstraites, non directement résolubles, et les tâches précises, résolubles via une stratégie de résolution

dé-En effet, la tâche atomique peut être liée à la notion de noeud atomique que nous avons présenté cédemment, qui est caractérisée par les données du contenu Au contraire, la tâche générique contient

pré-de spécification pré-de contenu Un graphe hiérarchisé pré-des sous-tâches qui assure l’accomplissement d’unetâche abstrait

Tâche

Tâche abstrait Tâche atomique

F 3.3 – Architecture hiérarchique des tâches

Cette distinction est exploitée pendant la résolution : seulement une tâche exécutable ou tâcheautonome peut être directement résolue Pour résoudre une tâche abstraite, elle doit d’abord être suf-fisamment spécifiée en faisant la décomposition récursive,soit par le système soit en interaction avecl’utilisateur Cette décomposition est exécutée récursivement jusqu’à on obtient des tâches élémentaire

ou tâches autonomes

Description de la stratégie de résolution

Le mécanisme de la décomposition hiérarchique et récursive d’un problème en des sous problèmesest l’une des caractéristiques fondamentales du modèle de tâche hiérarchique Le modèle de tâche

hiérarchique se compose de la tâche abstraite, la tâche atomique et la méthode Pour une tâche culière, une méthode représente les divers moyens pour accomplir cette tâche Une méthode décrit ladécomposition de cette tâche en des sous tâches.

parti-L’exécution de ces sous tâches est faite par une structure de contrôle qui compose des opérateurssuivants : séquence, parallèle, choix Ces opérateurs permettent respectivement l’exécution séquen-tielle, simultanée et alternative des tâches associées

3.2 Modélisation des scénarios didactiques

Le schéma de la transposition didactique de Perrenoud [PER98] est utilisé pour concevoir et déliser les situations d’apprentissage Ce schéma se compose des étapes suivantes :

mo-– Repérer et décrire finement les pratiques et le savoir-faire des professeurs et des étudiants

– Identifier les compétences des professeurs et des étudiants

– Analyser les ressources cognitives (la connaissance, etc.) utilisé par des professeurs et des diants

étu-– Faire des hypothèses quant au mode de genèse des compétences en situation de formation pourles étudiants

– Élaborer des dispositifs, des situations, des contenus planifiés de la formation (un curriculumformel) et les mettre en application (un curriculum réel)

La modélisation ou la conception des scénarios a été faite en trois étapes principales montrées dessous :

ci-1 Conception d’une première version des scénarios par les professeurs experts

2 Acquisition des scénarios raffinés employant une théorie en anthropologie didactique de la sance (théorie de Chevallard)

connais-3 Formalisation des scénarios dans un modèle de tâches hiérarchiques

La figure 3.4 présente un exemple d’un scénario de formation commun réservé aux apprenants dans lescatégories PE, PLC SVT et PLC Physique-Chimie [?] Cet scénario se compose en deux phases :

1 phase 1 : construction de références professionnelles pour les apprenants

2 phase 2 : élaboration d’une séquence d’apprentissage à mettre en oeuvre dans les classes Chaquephase est découpée en une série d’étapes

3.2.1 Analyser des scénarios didactiques

La théorie de Chevallard est utilisée pour traiter l’acquisition et le raffinement des scénarios Seloncette théorie, des activités du professeur et de l’apprenant peut se décrire en termes de types de tâches

T accomplies au moyen d’une technique τ qui peut récursivement accomplir par des sous tâches T0 Ce

système tâches/techniques a une structure hiérarchique par décomposition récursive des tâches T c en

sous-tâches T0

c au travers de techniques τ Cette structure hiérarchique T c/τ définit un savoir-faire quis’appuie sur un environnement composé d’une technologie θ (discours qui justifie et rend intelligible

la technique) et une théorie Θ justifiant et éclairant cette technologie Le système à 4 composantes

T/τ/θ/Θ, constitue une organisation articulant une partie practico-technique (savoir-faire) et une partie

Scénario MODALES : phase 1

Construction de références professionnelles

Scénario MODALES : phase 2 Elaboration d’une séquence d’apprentissage

T11 Construction de la problématique scientifique T21 Construction du problème didactique

T12 Lecture de la documentation initiale T22 Lecture de la documentation

T13 Démarche explicative (formulation d'hypothèses,

de procédures expérimentales avec prédictions des

résultats)

T23 Définition des objectifs scientifiques visés

T14 Ecrit intermédiaire T24 Objectifs de méthodes et de savoir-faire

T15 Mise en œuvre et réalisation expérimentale T25 Description de la procédure de résolution du

problème didactique T16 Production d’un écrit : compte-rendu

d’expériences T26 Descriptif des activités à faire

T17 Confrontation des comptes-rendus (Forum) T27 Confrontation des productions (Forum)

T18 Synthèse et apports théoriques : notions,

épistémologie, didactique, histoire des sciences,

méthodes

T28 Synthèse et validation des procédures

F 3.4 – Plan de scénario de formation commun aux PE, PLC SVT, PLC Physique-Chimie

technologico-théorique (savoir) Dans le cadre du projet MODALES, le point de vue peut s’appliquer

à deux niveaux (T/τ/θ/Θ) f ormateur et (T/τ/θ/Θ) apprenant correspond au formateur ou professeur et àl’apprenant [GTLK03]

Du côté de la modélisation informatique, la théorie de Chevallard doit nous permettre d’acquérirdes catégories de tâches - modèles de tâches - faisant sens du point de vue de la didactique

3.2.2 Transposition informatique des scénarios à l’aide d’un modèle hiérarchique de

tâches

Les modèles de tâches hiérarchiques représentent des connaissances de résolution des problèmes.Plusieurs de recherche de ces modèles ont été réalisées Ces modèles peuvent être caractérisés par denombreuses propriétés pour décrire ces connaissances de résolution des problèmes Les modèles hié-rarchiques des tâches cherchent à représenter les activités lors d’une résolution de problème [WIL92],

il s’agit d’analyser les concepts de tâche, méthode, tâche abstraite, tâche élémentaire Dans le cadre duparadigme tâche/méthode des modèles hiérarchiques de tâches, les tâches définissent des activités et dessous-activités [TRI98] Il existe deux types de tâches : tâche abstraite et tâche élémentaire Une tâcheabstraite représente une activité complexe qui se décompose en sous-tâches Les sous-tâches peuventêtre des tâches abstraites ou élémentaires Une tâche élémentaire ne peut se décomposer en sous-tâches.Elle peut être réalisée par un procédé simple - par exemple, un procédé de recherche documentaire, unenvoi de mail, une lecture de texte, une interaction homme-machine particulière , etc Ainsi, une tâcheabstraite peut être décomposée de manière récursive en sous-tâches jusqu’à obtenir un système de

tâches élémentaires Une méthode décrit comment une tâche particulière peut être réalisée Les thodes définissent la structure de la décomposition récursive des tâches en sous-tâches et la structure

mé-de décomposition définit l’ordre mé-des sous-tâches pendant l’exécution Pour une tâche donnée, plusieursméthodes peuvent être employées pour la réaliser Dans ce cas, un mécanisme doit choisir dynamique-ment la méthode appropriée pour réaliser la tâche en fonction du contexte de résolution de problèmes.Une comparaison des concepts de la théorie de Chevallard et ceux des modèles des tâches hiérar-chiques montre des similitudes sémantiques entre elles En effet, d’après les sens et propriétés respec-tives, nous pouvons établir les connections suivants :

– Les tâches et sous-tâches de la théorie de Chevallard peuvent être représentées par le concept detâche du modèle hiérarchique de tâches

– Les techniques qui sont les moyens de réaliser une tâche peuvent être représentées par le concept

de méthode

– Les tâches ó il existe un apprentissage sont des tâches problématiques donc des tâches abstraites– Les taches routinières peuvent être considérées comme des analogues des tâches élémentaires– La décomposition d’une tâche en sous-tâche par une technique peut être représenté par le méca-nisme de décomposition d’une tâche par une méthode dans le modèle de tâches hiérarchiques– La catégorie problématique/routière d’une tâche pour un apprenant précis est utilisée pour déter-miner la méthode convenable pour l’accomplissement de cette tâche C’est donc un paramètreutile pour la sélection une méthode convient à une tâche

La partie ci-dessus montre des représentations des concepts et propriétés de la théorie de Chevallardavec des concepts et mécanisme du modèle de tâches hiérarchiques Donc, il est possible de transposer

la structure T c/τ de Chevallard dans un modèle de tâches hiérarchiques Autrement dire, le modèle de

tâches hiérarchiques nous permet de transposer la structure hiérarchique T c/τ de la théorie de

Cheval-lard et ses propriétés en des computer-based modèles Par ailleurs, il nous permettra de partager les

activités entres les acteurs et de gérer des activités face-à-face ou des activités à distance Après la nière étape, c’est la formation des scénarios dans un modèle de tâches hiérarchiques, nous obtiendrons

der-la représentation d’un scénario sous forme un graphe hiérarchique comme celui dans der-la figure suivante

Dans la figure 3.5, chaque noeud correspond en fait à une tâche décrite dans un niveau d’abstraction,qui traduit une description plus ou moins détaillée de la sous parties correspondantes du scénario Plus

on descend la structure hiérarchique d’un scénario, plus détaillés sont des tâches qu’on obtiendra

Chapitre 4

Moteur de composition de SCARCE

SCARCE est un moteur de composition flexible pour le document virtuel basé sur la technologieWeb Sémantique [IKS02, GI04] L’objectif de SCARCE est de

– fournir l’accès à l’information pertinente en fonction des besoins de l’utilisateur

– guider l’utilisateur pour naviguer dans un grand espace de ressources du Web sans tion en fonction d’un hypermédia adaptatif Il utilise des caractéristiques de l’utilisateur afin demodifier la topologie d’hypermédia existante et de présenter le contenu par rapport à ces carac-téristiques

désorienta-– apporter à l’utilisateur la compréhension d’une ressource complexe par la construction d’un dèle de document L’utilisateur doit connaître la structure globale du document et identifier lescomposants majeurs du document Alors, il est nécessaire d’utiliser les documents virtuels adap-tatifs

2 Moteur de composition logique assemble les informations fournies par la composition tique en un fichier XML

séman-3 Moteur de composition physique est responsable de générer le contenu d’une page HTML entransformant le fichier XML fournie par la composition logique grâce aux fichiers XSLT pré-définis

On peut bien remarquer qu’il a une liaison entre architecture de SCARCE et l’architecture de tique web

séman-– Niveau sémantique auquel la composition sémantique joue le rôle de sélection, organisation etfiltrage en utilisant la logique, les ontologies, le Flogic

F 4.1 – Architecture de SCARCE

architecture de sémantique web (Figure 2)

Firure x – Architecture du Web sémantique

F 4.2 – Architecture du Web sémantique

– Niveau logique dont le gabarit est encodés sous forme de fichier XML.

– Niveau physique qui prend en charge la transformation des fichiers XML en HTML en utilisantXSL/XSLT

4.2 Implémentation du SCARCE

4.2.1 Document Virtuel Adaptatif

Aujourd’hui, Internet nous donnes l’accès à un ensemble énorme d’informations Grâce à l’Internet,

on peut aussi accéder de nombreux services disponibles sur Web : des portails, des cours en ligne, desmusées virtuels, du e-commerce, des journaux en ligne, etc Parmi les enjeux importants, on peut citerl’adaptation/personnalisation, la conception et l’évolution des documents ou services sur Internet, ainsique le partage, la réutilisation, et l’échange d’informations

L’adaptation/personnalisation permet de prendre en compte des utilisateurs qui ont des besoinsdifférents pour améliorer l’utilisabilité et la compréhension, et ont à faire face à un grand espace d’in-formation En effet, les services Web adaptatifs - souvent appelés également les Systèmes HypermédiaAdaptatifs - peuvent fournir différents types d’information, différents mécanisme de navigation, dif-férentes présentations et différentes organisations des services selon des besoins de l’utilisateur Lacréation et/ou la maintenance des services Web adaptatifs de ces dépơts exigent les caractéristiquessuivantes :

– Méthodes pour faciliter la création et la gestion de service Web : comment produire ces servicesdynamiquement et automatiquement et comment les maintenir

– Réutilisation, partage et échange des ressources par l’internet/intranet

– sélection des ressources appropriées - recherche et filtrage d’information - et leur organisationselon les besoins de l’utilisateur

[IKS02]

Le système hypermédia flexible est un système qui propose différentes vues d’un même hypermédia

en fonction de l’utilisateur ou qui génère dynamiquement l’hypermédia et le contenu de cet hypermédia

au moment de la consultation La notion d’hypermédia flexible a pour but de répondre aux besoins tels

que la présentation d’une information la plus récente et/ou la présentation d’une information lisée

personna-Le Document Virtuel enrichit la définition de l’hypermédia flexible en insistant d’une part sur laréutilisation d’informations disponible sur diverses sources (le Web par exemple) et d’autre part surles mécanismes de génération du document pour un utilisateur Thomas Gruber a défini les documentsvirtuels comme des documents d’hypermédia qui sont générés à la demande en fonction de plusieurssources d’information et en réponse à une demande de l’utilisateur ou du lecteur Selon Sạd Tazi etYahya Altawki, un Document Virtuel est généré à partir d’une composition de fragments de contenus(texte, image ou son) en utilisant des scripts et des programmes et en définissant des liens vers d’autresdocuments Le DV est dit dynamique car il est généré dynamiquement de manière à répondre instan-tanément à un besoin particulier de l’utilisateur Le DV a donc deux caractéristiques principales : ilrépond à un besoin d’interactivité et il est généralement éphémère [TA99]

En conclusion, les hypermédias flexibles et notamment les documents virtuels permettent de poser des méthodes facilitant la conception, la création et la maintenance de services sur Internet En

pro-effet, ils se focalisent sur la génération dynamique des documents réels en réponse à une demande del’utilisateur Le but principal de la composition est de choisir le contenu du document - ressources -

et de les organiser selon quelques buts - pour satisfaire les besoins de l’utilisateur, pour transmettre

un message particulier à l’utilisateur, etc Les documents virtuels se concentrent sur la génération namique des documents et sur la réutilisation des ressources par un moteur de composition Il a lacapacité à choisir les ressources pertinentes et là les organiser selon les besoins de l’utilisateur Néan-moins, les ressources sur Internet sont tellement nombreuses qu’il est insuffisant d’avoir un moteur

dy-de recherche précis Il est nécessaire dy-de tenir compte dy-des intérêts dy-de l’utilisateur et d’avoir un schéma

de méta-données précis pour être sûr d’obtenir les informations appropriées Les documents virtuelsadaptatifs - systèmes hypermédia - peuvent être considérés comme des services Web automatiques ousemi-automatiques traitant les besoins des différents utilisateurs et des ressources distribuées

Un document virtuel adaptatif est un document virtuel que l’utilisateur peut l’adapter ou le sonnaliser en fonction de ses besoins Crampes et Ranwez ont définit les documents virtuels person-nalisables comme les éléments et les mécanismes permettant de réaliser une construction dynamique

per-de documents adaptatifs Un DVP peut être considéré comme un ensemble d’éléments (ou fragments)associé à des mécanismes de filtrage, d’organisation et d’assemblage sous contraintes, c’est-à-dire, enrespectant un modèle de l’utilisateur et des principes narratifs [RAN99]

En effet, un document virtuel peut être personnalisé à partir d’un des trois critères, ce sont descontraintes d’utilisateurs, le modèle utilisateur ou le contexte En héritant des caractéristiques du docu-ment virtuel, un document virtuel adaptatif a les points importants suivants :

– L’information provient de diverses sources, elle est par conséquent réutilisée

– Le document présenté au lecteur est généré dynamiquement à la demande

– Le document est généré soit en fonction d’un lecteur soit en fonction d’une tâche à accomplir– Le document virtuel correspond à un espace d’information avec les mécanismes de génération

Un DVP est fondé sur deux étapes principales qui sont indissociables : la spécification et la composition

du document réel La spécification des informations est nécessaires pour composer le document, ellepermet de définir des fragments, des règles d’organisation et d’assemblage La composition a pour but

de construire un document réel à partir d’une spécification et des critères de personnalisation L’étape decomposition comporte des processus qui peuvent être séparés ou imbriqués : la sélection des fragments,

le filtrage, l’organisation et l’assemblage Cette étape est démontré par la figure 4.3

– Sélection : le but principal de ce processus est d’appliquer des méthodes de recherche mation sur un espace d’information particulier comme la base de données ou des sites Web Lasélection retient des fragments pertinents qui constitueront le contenu du document réel Il y aplusieurs façons pour spécifier les critères de sélection : utiliser des requêtes ou ontologies pourchercher des informations nécessaires Ce processus est réalisé en appariant une spécification decontenu avec les index des fragments

d’infor-– Le filtrage raffine les résultats fournis par la sélection en utilisant des contraintes (modèle lisateur, contexte) Donc, on peut prendre en compte des caractéristiques de l’utilisateur commeles préférences du lecteur ou niveau de connaissance pour obtenir des meilleurs résultats.– Organisation : ce processus associe l’ensemble des fragments obtenu de l’étape de sélection

d’uti-à une ou plusieurs structures qui doivent être cohérentes et compréhensibles par l’utilisateur.L’organisation est le résultat de l’application des règles de composition qui peuvent être un desdeux types suivants : structure implicite, c’est-à-dire le résultat d’un calcul, par exemple, unsimple tri des différents fragments ; structure explicite peut prendre différentes formes comme

F 4.3 – Processus de composition d’un document virtuel

un modèle de tâche ou une structure narrative

– Assemblage : ce processus concerne toutes les opérations afin de rendre le document facile à lire

et à comprendre Le système peut, par exemple, ajouter des transitions entre les fragments pourassurer la cohérence d’un ensemble de textes associés, ou encore effectuer des opérations sur lesfragments Le processus d’assemblage concerne aussi la représentation de la structure globale dudocument ainsi que la représentation du document de façon visuelle

4.2.2 Méthode d’adaptation

Les méthodes d’adaptation sont divisées en deux classes : les méthodes de présentation adaptative

et les méthodes de navigation adaptative corresponds au contenu ou les liens d’un hypermédia Lafigure 4.4 présente une cartographie des méthodes d’adaptation

Méthode de présentation adaptative

L’objectif des méthodes de présentation adaptative est d’adapter le contenu d’une page à un ouplusieurs caractéristiques d’un utilisateur comme ses connaissances, ses objectifs, Selon Peter Brusi-lovsky, il existe cinq méthodes de présentation adaptative : explication additionnelle, explication pré-requise, explication comparative, explication variante et tri Ces méthodes sont implémentées au traversdes techniques suivantes [IKS02] :

– Fragment conditionnel : les informations disponibles sur un concept est divisées en plusieursfragments Chaque fragment est associé à un niveau de connaissance de l’utilisateur avec unecondition définie Le système conserve les fragments pour lesquels la condition est vérifiée

Méthodes pour

Hypermédias

Adaptatifs

Présentation Adaptative

Navigation Adaptative

Présentation multimédia adaptative

Présentation adaptative de texte

Adaptation de modalité

Guidage Direct Tri des liens

Masquage des liens

Annotation de liens

Adaptation de carte

Masquage Désactivation Suppression

conditionnels Pages et fragments variants Strechtext Tri de fragments

Techniques à base

de frames

F 4.4 – Cartographie des techniques adaptation