Contrats pour la recherche fédérée des métadonnées d’objets dapprentissage

Cette méthode est appliquée dans le projet CELEBRATE qui a pour objectif de construire un réseau européen d'apprentissage permettant de chercher et d’échanger des objets d’apprentissage

MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES

travail n'aurait pu être accompli sans son aide

Merci aux membres de European Schoolnet : Mme Brigitte Parry, Mme Sophie Vandeputte, M Dietmar Baur… pour leur accueil, leur aide

et leur bonne humeur tout au long de mon stage

Ma reconnaissance s’adresse aussi aux professeurs à l’Institut de

la Francophonie pour l’Informatique Leurs cours m’ont apporté des

connaissances et des suggestions qui sont utiles pour mon stage

Finalement, j'exprime mon entière reconnaissance à ma femme,

ma famille et mes amis pour leur soutien, leur aide et leurs

encouragements

Résumé

Nous proposons une approche innovante de l’utilisation des technologies d’eLearning dans l’enseignement Cette méthode est

appliquée dans le projet CELEBRATE qui a pour objectif de construire

un réseau européen d'apprentissage permettant de chercher et d’échanger

des objets d’apprentissage entre les membres du réseau La partie

principale de ce réseau est le système de courtage auquel les membres, à

savoir les clients, se connectent

Pour chercher des métadonnées d'objets d'apprentissage, nous utilisons la recherche fédérée qui est déterminée par les contrats des

membres Le contrat supporte le langage de requête des métadonnées

d'objets d'apprentissage, restreint les informations échangées entre

les membres Le langage de requête est construit par des comparaisons

grâce aux trois éléments suivants : l’opération, le champ et la valeur Et

nous aussi souhaitons que le contrat soit facilement distribué par

n'importe quels protocoles donc les données sont présentées au format

XML

Mots clés : eLearning, métadonnées d'objets d'opprentissage,

objets d'apprentissage, recherche fédérée, XML

Abstract

We propose an innovative approach to teaching using E-Learning technologies This approach is applied in the CELEBRATE project, the

support system for a European Learning Network of virtual learning

environments capable of exchanging learning objects between its

members The backbone of this network is the brokerage system to which

LMS/LCMS (or Clients) connect

To search learning object metadata, we use a federated search determined by members’ contracts These contracts support query

language, reduce exchanged information in the network The building

blocks of LOM queries are comparisons that consist of 3 elements: an

operator, a field and a value And we wish the contract is easily

distributed by any protocols thus the data are presented at format XML

Index Terms: E-Learning, Federated Search, Learning Object,

Learning Object Metadata, XML

Table des matières

Remerciements 3

Résumé 4

Abstract 5

Table des matières 6

Acronymes 7

Chapitre 1 : Introduction 8

1 Problématique 8

2 Environnement de travail 9

2.1 European Schoolnet 9

2.2 Projet CELEBRATE 9

3 Objectifs du stage 10

4 Les contraintes pratiques 10

Chapitre 2 : Système de courtage 11

1 Système de gestion du contenu d’apprentissage 11

1.1 Objets d'apprentissage 11

1.2 Métadonnées d’objets d'apprentissage 11

1.3 Système de gestion du contenu d’apprentissage 12

2 Réseau d'apprentissage 13

3 Système de courtage 14

Chapitre 3 : Contrats pour la recherche fédérée 15

1 Recherche fédérée 15

2 Contrat 18

2.1 Structure du contrat 19

2.2 Schéma du contrat 19

3 Réalisation 26

3.1 Conception 26

3.2 Base de données XML 29

4 Implémentation 31

4.1 Architecture Java pour la liaison avec XML (JAXB) 31

4.2 Connexion à la base de données 34

4.3 Interfaces 35

4.4 Sécurité 36

5 Résultat 36

Chapitre 4 : Conclusion 37

1 Travail réalisé 37

2 Perspective 37

Références 38

Annexe 1: Les diagrammes de classes 39

Annexe 2: Les interfaces 44

Annexe 3: Profil d'application des métadonnées d’objets d'apprentissage 47

ENT Espace Numérique de Travail Virtual Learning Environment

XML Langage Extensible de Balisage Extensible Mark-up Language

MOA Métadonnées d'Objets

DOA Dépôts d’Objets d’Apprentissage Learning Object Repositories

REA Réseau Européen d'Apprentissage European Learning Network

SQL Langage de requêtes structuré Structured Query Language

SGCA Système de Gestion du Contenu

d’Apprentissage

Learning Content Management System

SGC Système de Gestion du Contenu Content Management System

SGA Système de Gestion d’Apprentissage Learning Management System

Chapitre 1 : Introduction

1 Problématique

De nos jours, l’utilisation de nouvelles technologies se répand rapidement dans l’enseignement Le monde enseignant se montre souvent partagé entre l’enthousiasme pour ces nouveaux moyens d’accéder à la connaissance A partir de petits fragments indépendants d'informations, nous constituons des objets d'apprentissage ("learning objects") qui sont facilement échangés entre les dépôts d’objets d’apprentissage ("learning object repositories") Tous les objets d'apprentissage contiennent des renseignements ou des métadonnées pour aider à les cataloguer facilement et à évaluer leur pertinence Dans

la plupart des réseaux basés sur le modèle client/serveur, les métadonnées d'objets d'apprentissage sont stockées dans le dépôt central mais quand une approche distribuée est choisie, les métadonnées peuvent être répétés dans des dépôts différents

Nous proposons une nouvelle approche que les membres d’une fédération d’espace numérique de travail (ENT) peuvent proposer leurs métadonnées au dépôt central ou les stocker dans leur dépôt local Un utilisateur d’ENT (par exemple, un professeur ou un élève) demande à connaître tous les dépôts actuellement disponibles au sein du réseau européen d'apprentissage dans lesquels les objets d'apprentissage remplissent ses critères

Le contrat d’un client d’ENT exprime les types de ses objets d'apprentissage et sa capacité de réponse aux requêtes envoyées par les autres Autrement dit, le contrat limite les éléments de métadonnées utilisés dans ses recherches et ses réponses Ce contrat utilise

le profile d’application de métadonnées d’objets d'apprentissage basé sur la norme IEEE 1484.12.1-2002 [4]

2 Environnement de travail

2.1 European Schoolnet

European Schoolnet (EUN) est un réseau international de plus de 20 ministères de l'Éducation européenne dont l'objectif majeur est le développement des méthodes d'apprentissage pour les professeurs et les élèves d'Europe Aux chefs d’établissements et professionnels de l’éducation, EUN offre une vision d’ensemble de l’utilisation pédagogique des technologies de l’information et de la communication pour l’enseignement en Europe EUN atteint cet objectif en communiquant et en échangeant des informations à tous les niveaux de l'enseignement par le biais de technologies innovantes et

en offrant un portail aux réseaux scolaires nationaux et régionaux

2.2 Projet CELEBRATE

CELEBRATE ("ContExt eLEarning with BRoAdband TEchnologies") est un projet

de 5 millions d’euros qui s’étend sur une période de 30 mois et qui entre dans le cadre du programme Technologies de la société de l’information de la Commission européenne L’objectif principal de ce projet est de créer une approche innovante de l’utilisation des technologies d’eLearning dans l’enseignement basée sur la vision de ce que seront les contenus électroniques de demain (ressources, services et outils de communication) Ce projet offrira aux établissements scolaires une base de données de contenus en ligne, laquelle inclura des supports d’apprentissage multimédias, à savoir des objets d’apprentissage (OAs)

L’objectif clé du projet est, d’une part, d’analyser comment une nouvelle génération de systèmes de gestion de contenus pour l’apprentissage (SGCA) mis au point par divers professionnels commerciaux pour traiter les OA et, d’autre part, de tester l’interopérabilité de ces systèmes dans un site de démonstration réel CELEBRATE jouera

le rôle de catalyseur pour l’industrie européenne des contenus eLearning (la chaîne de valeurs complète inclut propriétaires de contenus, éditeurs, diffuseurs, réseaux scolaires nationaux et fo urnisseurs commerciaux de plate-formes technologiques)

Le système de courtage auquel les clients se connectent est une partie principale du réseau européen d'apprentissage Pour se connecter au système, les clients doivent s'enregistrer Les clients enregistrés authentifient des transactions et des messages par les

appels de méthodes distantes en utilisant JAX-RPC On ne permet aucun échange direct entre les clients, excepté ceux explicitement autorisés par le système.

3 Objectifs du stage

Ce stage se focalise sur l’analyse et la mise en œuvre d’un module de système de courtage concernant des contrats entre des membres du réseau EUN Concrètement, mes travaux s’articulent sur trois grands axes :

• Etude de la recherche fédérée, des requêtes, des métadonnées d'objets d'apprentissage, et des services fournis par le système de courtage

• Analyse des contrats et de la procédure pour avoir l’accord entre un client d’ENT et l’administrateur

• L’implémentation en utilisant de nouvelles technologies comme la base de données XML Oracle 9i, XPATH, JAXB

4 Les contraintes pratiques

Quelques contraintes ont été apportées au sujet :

• Les contrats doivent répondre aux demandes du projet

• Il faut avoir une interface graphique simple et conviviale, et bien appliquer

de nouvelles techniques comme la base de données XML, le langage XPATH accès aux informations, l’architecture Java pour la liaison avec XML (JAXB)

• Il faut vérifier la permission d’un utilisateur avant de réaliser ses demandes

Chapitre 2 : Système de courtage

1 Système de gestion du contenu d’apprentissage

L’enseignement connaît une tendance vers la création de contenu sous la forme d’objets d’apprentissage indépendants qui peuvent être stockés dans des dépôts d’objets, partagés entre les établissements d’enseignement et utilisés de façons diverses Les objets peuvent être stockés et échangés par des systèmes de gestion du contenu d’apprentissage (SGCAs) qui nous permettent d’élaborer et de fournir un contenu didactique

1.1 Objets d'apprentissage

Selon Wiley, un objet d’apprentissage (OA) est "toute ressource électronique qui peut être utilisée à nouveau pour venir en support à l’apprentissage" Plus précisément, un objet d’apprentissage est un granule de formation en principe réutilisable et réagençable selon différents objectifs ou environnements Autrement dit, un bon objet d’apprentissage est complet en soi et aborde tous les aspects d’un point particulier de connaissance

Par conséquent, des éléments tels qu’une image, un jeu interactif, une vidéo numérique, un fichier multimédia, un texte éducatif peuvent être considérés comme un objet d’apprentissage On peut essayer des objets d’apprentissage sur le site

http://celebrate.eun.org Tous ces objets se servent de la facilité de l’apprentissage

En utilisant des objets d’apprentissage, les professeurs peuvent fournir des ressources pédagogiques pour que les étudiants puissent choisir les objets qui répondent à leurs besoins individuels

1.2 Métadonnées d’objets d'apprentissage

Les métadonnées sont des descriptions des données, les métadonnées d’objets d'apprentissage (MOA) sont un ensemble de descripteurs du contenu de l'objet d'apprentissage Tous les objets d'apprentissage contiennent des renseignements à leur sujet pour aider à les cerner et à les cataloguer facilement et à évaluer leur pertinence Ces

métadonnées nous permettent de faciliter la réutilisation des objets d'apprentissage et le partage des ressources

Au mois de juillet 2002, l’institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE) a proposé un ensemble normalisé de métadonnées pour les objets d'apprentissage Les données décrivant les objets d'apprentissage sont groupées dans neuf catégories telles que la catégorie de la généralité, la catégorie du cycle de vie, la catégorie des méta-métadonnées (information sur elle-même), la catégorie de la technique, la catégorie de l’éducation, la catégorie du droit, la catégorie de la relation, la catégorie de l'annotation, la catégorie de la classification

Le projet CELEBRATE utilise un ensemble de métadonnées basé sur la norme IEEE LOM qui contient de nouveaux éléments définis par le comité CELEBRATE En fait, cet ensemble est le profil d'application des métadonnées d’Objets d'apprentissage qui définit les éléments obligatoires, recommandés, et optionnels Le lecteur peut consulter l'annexe 3 pour connaître la liste de MOA

1.3 Système de gestion du contenu d’apprentissage

Un système de gestion du contenu d’apprentissage (SGCA) est un système qui permet de créer, valider, publier et gérer des contenus de formation Il se compose de deux systèmes : un système de gestion d’apprentissage (SGA) et un système de gestion du contenu (SGC)

Un SGA, considéré dans bien des cas comme le cœur du dispositif eLearning, a pour but la gestion et l'organisation de la formation : Individualisation et distribution des parcours de formation; Gestion des apprenants; Suivi de la réalisation des parcours d'apprentissage; et Mise à disposition d'outils coopératifs pour la relation tuteur/apprenant

Un SGC a pour but de simplifier la création et la gestion du contenu en ligne Il permet une meilleure fréquence des mises à jour des ressources déjà publiées Cela repose sur deux principes essentiels :

• La forme est séparée du fond : ainsi les auteurs doivent-il pouvoir se concentrer uniquement sur leur contenu Ils disposent pour ce faire de modèles de présentation prédéfinis spécifiques à chaque élément qui compose le document (en -tête, format du titre, emplacement d'une image,

intégration d'un fichier multimédia etc.) L'auteur intègre son contenu dans cette ossature

• Il induit des procédures de publication des contenus Deux étapes précèdent

la publication : la création, la validation Un SGC permet de les organiser selon les règles propres à l'entreprise

Le SGCA permet de créer des bibliothèques de OAs, une vraie bibliothèque de grains de contenu de formation indépendants, qui peuvent être réutilisés et associés indifféremment les autres Le SGCA pourra alors, pour un apprenant donné, gérer la distribution et le suivi de l'apprentissage à un niveau très fin La seconde fonction des SGCA est la gestion des procédures et des flux de publication Sur le même modèle que le SGC, le SGCA assure la mise en place d'une organisation garantissant le respect des règles

de publication Après la création d'un OA, l'auteur le soumet à la procédure de validation S'il est approuvé, il sera publié et donc disponible, sinon il sera rejeté pour être modifié Les nouvelles fonctionnalités des SGCA permettent de s'orienter vers de nouvelles pratiques dans la création de contenus pédagogiques Ils favorisent le partage du travail de création simplifient les mises à jour des ressources déjà publiées

2 Réseau d'apprentissage

Les objets d'apprentissage sont stockés dans des machines et répartis à travers des réseaux Les métadonnées donnent une structure à l'étiquetage ou au référent d'objets Auparavant, il n’existe que deux types de stockage des métadonnées des OAs : Le modèle centralisé (utilisé par la plupart des systèmes basés sur l’architecture client/serveur [2]) ou

le modèle décentralisé (comme le "POOL, POND et SPLASH" [7])

Nous suggérons une nouvelle approche que les membres du réseau peuvent proposer leurs métadonnées au dépôt central ou les stocker à son dépôt local La recherche fédérée a pour but de trouver les bons MOAs du réseau satisfaisant à certains critères Un

de facteurs pour améliorer la performance de telle recherche est l’utilisation des contrats entre les membres Dans le chapitre suivant, on expliquera les contrats en détail

3 Système de courtage

Dans le réseau européen, nous utilisons un système de courtage pour permettre aux membres de se communiquer En effet, ce système a pour d’échanger des OAs et de chercher des MOA Ce système se compose de deux parties principales : "le client du réseau" et "la gestion des services" "La gestion des services" contrôle la recherche et l’échange des objets tandis que "le client du réseau" intégré dans le système de système de gestion du contenu d’apprentissage aide les membres à se connecter au réseau européen

Le diagramme de classes "client du réseau européen" figure suivant :

Figure 1 Les classes du "Client du Réseau européen"

Chapitre 3 : Contrats pour la

recherche fédérée

Dans le réseau européen d'apprentissage, nous proposons une recherche fédérée basée sur les contrats des membres qui désirent rechercher des métadonnées d’objets d’apprentissage Chaque membre utilise l’interface "ELN Client" qui lui permet de se connecter au système

1 Recherche fédérée

La recherche fédérée permet d’identifier les bons dépôts dans le réseau européen d'apprentissage Voici, ci-dessous une simulation d’une recherche en supposant qu’il y a 3 membres (GiuntiLabs, "Digital Brain", "Sanoma WSOY"), le dépôt central et le système

de courtage ("Brokage System") Les boîtes blanches représentent les membres du réseau tandis que les boîtes bleues représentent les clients du réseau ("ELN Clients") qui permettent de se connecter facilement au serveur Dans cet exemple, le "Digital Brain" envoie une requête au système de courtage Une telle requête s'appelle "LOM Query Request" et est présentée par une flèche bleue

Figure 2 "Digital Brain" envoie une requête au SC

Le SC vérifie la question (le format est bon? les qualifications sont correctes?, la permission dépasse la limite de "Digital Brain") avant de l’envoyer comme une "Checked LOM Query Request" aux autres membres qui sont d'accord sur le processus de telles questions (figure 2) Ces requêtes sont présentées par les flèches pleines

Quand un membre reçoit une telle requête, il cherche dans son dépôt local et envoie

le résultat "LOM Query Result" au SC (figure 3) Ensuite, le SC envoie le résultat

"Checked LOM Query Result" à l'auteur de la requête originale après avoir vérifié Dans

ce cas, GiuntiLabs envoie son résultat "LOM Query Result" au SC (figure 4) La même chose se passe avec "Sanoma WSOY" et le dépôt central

Figure 3 SC envoie les requêtes aux autres

Figure 4 GiuntiLabs envoie son résultat au SC

Figure 5 SC envoie le bon résultat

On voit que l’utilisateur peut trouver des objets d’apprentissage non seulement dans

le dépôt local, dans le dépôt central mais dans tous les dépôts du réseau

Le contrat est encore utilisé dans le langage de requêtes des MOA, un des facteurs les plus importants pour exécuter une recherche Le composant de bas est la comparaison qui se compose de trois éléments :

• Opération : égale à (eq), non égal à (ne), inférieur à (le), supérieur à (gt), inférieur ou égal à (le), supérieur ou égal à (ge)

• Champ : Un élément dans la liste de MOA

• Valeur : Le type de cette valeur doit correspondre à l’opération

Les types se groupent dans un des trois cas suivants:

• Le type numérique : La valeur est un numéro Par conséquent, toutes les opérations sont applicables Par exemple, l’expression "la taille ne doit pas être supérieure à 30000" est présente comme "taille (LOM 4.2) < = 30000"

• Le type alphanumérique : Il est possible de comparer des valeurs (toutes les opérations peuvent être utilisées) mais il faut établir un ordre de ces valeurs Par exemple, on a: "very easy" < "easy" < "medium" < "difficult" < "very difficult"

• Le reste : Dans ce cas, seuls l’opération "eq" et l’operation "ne" sont applicables Par exemple, le langage est égal ou non égal à "français" Un langage ne peut être inférieur ou supérieur à "anglais"

2.1 Structure du contrat

Un contrat limite les interactions entre un client et le système de courtage D’abord,

il définit les services que le client fournit Récemment, nous définissons deux types de services :

• "Checked LOM Query Request" : être capable de traiter des requêtes des MOA

• "Checked LO Use Authorize Request" : permettre de télécharger ses OAs

Le contrat indiq ue également les types de requêtes que le SC permet à ce client d’envoyer Les types sont :

• "LOM Query Request"

• "LO Use Authorize Request"

• "LO Use Execute Request"

• "LO Use Acknowledge Request"

• "LOM Publish Request"

• "LOM Update Request"

• "LOM Delete Request"

• "LOM Compliance Test Request"

Chaque type de requêtes est associé avec un filtre permis au client indiquant les types d’OAs (les métadonnées) C’est à dire, le contrat indique un sous-ensemble de MOA pour chaque requête Par exemple, un contrat indique le client n’exécute que des objets dont les tailles sont inférieures ou égales à 30.000 Kilo-octet

Il est possible que différentes requêtes partagent le même filtre, donc elles sont groupées dans une clause unique Une clause se compose d’une liste de requêtes et d’un filtre correspondant

2.2 Schéma du contrat

La description d’un contrat par encodage XML permet facilement de faire des échanges entre des environnements Donc un XML schéma est utilisé pour spécifier cette structure

a) Introduction au schéma XML

Le schéma XML est une norme du W3C permettant de créer des modèles de documents XML Ces modèles permettent de décrire la structure de ces documents (quels tags et arguments peuvent être utilisés, dans quel ordre, ) Il est possible de créer autant

de documents XML à partir d'un seul modèle

Logiquement, il faudrait toujours commencer par définir un schéma avant d'écrire des documents XML qui en seront dérivés Toutefois, il est tout à fait possible de faire un Schema d'après un document existant, comme dans l'exemple ci-dessous

Voici un document XML de base :

</xs:element>

<xs:element name="clause" type="ClauseType"/>

<xs:element name="services" type="ServicesType"/>

<xs:element name="service" type="ServiceType"/>

<xs:element name="requests" type="RequestsType"/>

<xs:element name="request" type="RequestType"/>

<xs:element name="client" type="ClientType"/>

<xs:attribute name="id" type="xs:NMTOKEN" use="required"/>

<xs:attribute name="description" type="xs:string" use="required"/>

<xs:element ref="services"/>

<xs:element ref="clause" maxOccurs="unbounded"/>

</xs:sequence>

<xs:attribute name="schemaVersion" type="xs:decimal" use="required" fixed="0.2"/>

<xs:attribute name="contractId" type="xs:string" use="required"/>

<xs:attribute name="contractType" use="required">

L’image suivante est de faciliter la compréhension

Figure 6 Schéma du contrat

<xs:element name="comp" type="CompType"/>

<xs:element name="and" type="AndType"/>

<xs:element name="filter" type="FilterType"/>

<xs:element name="op" type="OpType"/>

<xs:element name="field" type="FieldType"/>

<xs:element name="value" type="ValueType"/>