CIDE (2007) Behaz
Création dynamique de documents hypermédias adaptatifs
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Sommaire
.Résumé : Les hypermédias adaptatifs dynamiques pour l’enseignement sont particulièrement caractérisés par le fait d’offrir un hypermédia virtuel. Le système dans ce cas n’est pas constitué de pages et de liens prédéfinis. Ces derniers sont construits dynamiquement et doivent adapter leur formation en fonction des règles pédagogiques et des réactions des apprenants. Les travaux présentés dans notre article s'inscrivent dans ce contexte. Nous décrivons le document hypermédia pédagogique, ses caractéristiques et structures. Nous présentons notre approche de modélisation. Sur la base de ce modèle, nous présentons l’environnement numérique de travail MEDYNA de type hypermédia adaptatif dynamique conçu pour la rédaction et la génération dynamique des contenus adaptés.
- Abstract
- In the hypermedia systems the reinforcement of the learner interest requires the production, edition and diffusion of various type of teaching documents (courses, exercises, etc). The aim of our work, is the elaboration of a model of documents and teaching activities. This model describes parameters and functionalities to integrate in pedagogical contexts witch supports different activities. Based on this model, we conceived and carried out a dynamic adaptive hypermedia environment called MEDYNA, witch helps us to draft documents for e-learning. The system takes into account parameters and elements of the proposed model. It allows the dynamic generation of adaptive context to the learner. We exploited the XML technology for the implementation of our system.
Introduction
L’ingénierie éducative est une réalité qui dépasse de loin le cadre de l’école et de l’université. Il existe dans le monde quantité d’universités virtuelles, de réseaux d’enseignement à distance, de professeurs impliqués dans la médiation pédagogique par les TIC. Ces nouvelles technologies constituent des ressources appréciables pour réaliser des applications à caractère pédagogique et permettent de mettre à la disposition des enseignants des outils efficaces pour répondre aux exigences des apprenants et à leurs attentes. La complexité grandissante de l’environnement technique, impose que l’enseignement soit intégré comme composant de base dans une quantité grandissante de produits et de services. De nos jours, beaucoup d’outils sont disponibles pour faciliter la construction des documents mais ne tirent pas assez partie des avancés des TIC.
A l’ère du web et du multimédia, la notion de document pédagogique devient difficile à identifier. En effet ces documents ne sont plus seulement textuels, plusieurs média (texte, image, son, vidéo …) de base sont aujourd’hui utilisés. Nous savons très bien l’apport du multimédia, dans le cadre éducatif et ses bénéfices au transfert de la connaissance et du savoir. Plus on stimule les sens des apprenants, et on capte leur attention, plus l’information est compréhensible. D’un autre coté, une information multimédia est souvent plus facile à mémoriser qu’une information mono média.
La qualité de l’enseignement peut être améliorée si la composante hypertexte est ajoutée dans la structuration de ces documents [16]. Nous savons aussi, que les hypertextes aident beaucoup l’apprenant à mieux représenter la connaissance [15] et favorisent l’initiative de l’apprenant, puisque ce dernier doit interagir avec le système et devient donc actif dans le processus d’apprentissage. Cependant, les documents multimédias sont non seulement caractérisés par des contenus de nature diverse mais aussi par l’organisation de ces contenus. Aussi, l’apprentissage en enseignement à distance ne peut être réalisé de façon linéaire et globale mais plutôt, par agencement cohérent de petites activités d’apprentissage, par rapport à des objectifs à atteindre. Ces petites activités doivent être précises et imbriquées les unes par rapport aux autres, sur lesquelles il est possible de construire sans cesse de nouvelles connaissances. Cette approche est souvent appelée la « granulation » des apprentissages. Elle vise à segmenter les apprentissages à acquérir en petites unités cohérentes (éléments textuels, graphiques, des images, des sons et des vidéos) qui, une fois réorganisées, formeront un tout cohérent plus structurant que l’ensemble des unités prises individuellement. La difficulté est comment peut-on définir le niveau adéquat de granularité de ces unités élémentaires?
Par ailleurs, le document est non seulement défini par un contenu mais aussi par des traitements qu’il est possible d’y appliquer (rédaction, lecture, navigation, ajout d’annotation, etc.) et aussi par des acteurs qui peuvent agir sur le document. Il en découle une difficulté pour la mise en place de modèles généraux pour intégrer différents besoins de traitements des documents pédagogiques. C’est donc un travail de modélisation qu’il faut effectuer pour représenter, structurer, indexer, filtrer, adapter, personnaliser la recherche au sein de ces documents.
Deux directions se font jour à ce sujet : soit on offre à l'apprenant un ensemble d'outils pour qu'il construise lui-même son parcours d’apprentissage, soit on guide sa recherche en fonction d'une connaissance de l'apprenant obtenue directement à partir de questions qui lui sont posées ou indirectement par les essais et erreurs de son parcours (agents intelligents par exemple). Dans la première direction l'usager reste maître de sa progression il peut construire un parcours au fur et à mesure de l'évolution de son besoin d'information. Dans la seconde, il reçoit des connaissances sans qu'il ait la maîtrise de l'évolutivité de son besoin d'information.
Il est question d’élaborer une méthodologie de conception de documents pédagogiques par un contenu orienté vers l’enseignement à distance. Nous visons particulièrement à structurer et adapter l’information diffusée conformément au profil de l’apprenant. L’idée de base est l’intégration de paramètres au sein même du contenu pédagogique produit et de rajouter des informations de nature sémantique. Nous espérons obtenir ainsi une description plus détaillée et précise qui soit susceptible d’afficher de manière personnalisée les documents à chaque apprenant.
A l’heure actuelle les ontologies constituent une solution très prometteuse pour la représentation et le partage des connaissances dans le domaine des environnements numériques pour l’apprentissage humain [7] : indexation de documents pédagogiques, classification, conception de scénarios, apprentissage par exploration. C’est dans ce contexte que va se poursuivre aussi notre recherche afin d’intégrer une nouvelle vision de représentation formelle qui va sans doute apporter des améliorations pour la conception des cours et indexation des objets pédagogiques, ceci permettra la consultation et la navigation au sein des contenus.
Dans cet article, nous donnons une vue d’ensemble sur l’évolution des systèmes hypermédias adaptatifs. Nous présentons ensuite notre approche de modélisation fondée sur des ontologies. Sur la base de ces modèles, nous décrivons l’environnement numérique de travail MEDYNA de type hyperMEdia aDaptatif dYNAmique destiné à l’enseignement médiatisé permettant la génération dynamique des contenus adaptés.
Les hypermédias adaptatifs dynamiques
De part la nature hypermédia du document pédagogique, nous nous sommes orienté sur les stratégies d’adaptation utilisées dans ce type de document. L’objectif de ces systèmes est d’adapter la présentation de la connaissance et aider l’apprenant à naviguer à travers le graphe composé par l’ensemble des pages et des liens hypermédia. Selon Brusilovsky [6] ils sont de deux sortes :
- - Les systèmes qui adaptent le contenu présenté à l’apprenant
- - Les systèmes qui adaptent les liens présentés à l’apprenant
De ce fait, nous devons modifier aussi bien le contenu des pages que les liens entre ces dernières. Différentes techniques d’adaptation des liens ont été développées au fil des années, entre autres, le guidage direct, l’ordonnancement des liens, le masquage des liens, l’annotation des liens ou encore les cartes adaptatives [5]. Les différents types de systèmes hypermédias adaptatifs se caractérisent par la relation qu’ils entretiennent avec l’apprenant pour lui présenter la connaissance. En dépit de l’évolution importante réalisée par ces systèmes, il subsiste encore plusieurs problèmes. En effet, bien que l’adaptation des liens semble facile, l’adaptation des contenus en revanche reste à ses débuts encore. Il est plus facile de cacher des liens ou de les annoter, mais plus difficile de remplacer une partie d’une page ou de modifier sa structure. Parmi les systèmes qui adaptent le contenu présenté se distinguent trois types : ceux qui adaptent le texte, ceux qui choisissent le média le plus approprié et ceux qui adaptent le mode de présentation. Pour l’instant, très peu de systèmes effectuent une adaptation du contenu, et lorsqu’ils le font, l’adaptation n’a souvent lieu qu’au niveau des données textuelles.
Les hypermédias adaptatifs dynamiques sont particulièrement caractérisés par le fait d’offrir un hypermédia virtuel [12]. Le système n’est pas constitué de pages et de liens prédéfinis. Ces derniers sont construits dynamiquement et doivent adapter leur offre de formation de manière dynamique, en fonction des règles pédagogiques et des réactions des apprenants. Ceci permet la construction de cours adaptés à un apprenant conformément à ses caractéristiques et à ses exigences. Ces systèmes donnent un moyen d'accès intuitif et non linéaire à l'information et facilitent la navigation. En revanche ces systèmes souffrent d’une limite assez importante, en l’occurrence leur complexité. Cette complexité est due d’une part aux différents traitements de sélection et de combinaisons (assemblage) effectués sur les données, et d’autre part à la manière de caractériser les ressources pédagogiques impliquées.
Document virtuel personnalisable
Le document virtuel personnalisable est un concept qui a émergé avec le développement de ces systèmes, il est généré à partir d’une composition de fragments de contenu (texte, image ou son) en utilisant des programmes et en définissant des liens vers d’autres fragments ou documents. Le document virtuel est dit dynamique car il est généré dynamiquement de manière à répondre instantanément à un besoin particulier de l’apprenant.
Iksal [12] définit un document virtuel adaptatif personnalisable comme un document composé d’un ensemble de fragments d’informations, ainsi que d’un moteur de composition sémantique permettant la sélection des fragments pertinents, leur assemblage. Autrement dit, leur organisation en fonction d’une spécification de l’auteur et/ou de l’objectif du lecteur et finalement d’adapter certains aspects visibles du document fournis au lecteur.
De ce fait, la génération automatique de document personnalisable sur le Web repose sur deux éléments, un système de recherche d’information (sélection de fragments) et un système d’organisation de l’information (assemblage de ces fragments). Le processus de sélection des fragments et l’organisation de ceux –ci s’appuient généralement d’une part, sur la caractérisation de ces fragments et leur indexation, d’autre part sur les critères d’adaptation. Or le document virtuel personnalisable en tant que support pédagogique est un document où on a plusieurs types d’adaptabilités. Orientés vers les intérêts du lecteur (apprenant) ou de l’auteur (enseignant). Ces deux stratégies sont définies comme suit, soit par :
- - L’auteur : Le système adapte le document dont la structure et le contenu sont définis par l’auteur, il est nécessaire de respecter les contraintes de ce dernier, ce qui assure la cohérence narrative du document pédagogique. Afin de pouvoir retrouver ces fragments, il faut lors de l’intégration des fragments leur associer des méta données. La structure narrative consiste en un graphe composé d’un ensemble de fragments et de relations sémantiques. L’utilisation d’un modèle de domaine par exemple peut servir de guide de navigation au sein du document.
- - Le lecteur : Le système compose automatiquement un document virtuel adaptable en fonction des contraintes liées aux objectifs de l’apprenant. Une sorte d’un modèle de tâches à réaliser. Dans ce cas, le système recherche les fragments d’information permettant d’atteindre ces objectifs, ces préférences ou son niveau de connaissance. Pour cela, il dispose de pré requis situés dans l’indexation des pages (méta données) et des règles pédagogiques [18]. Le but donc est de composer un document personnalisé à un instant donné en fonction des caractéristiques de l’apprenant.
Modélisation de l’approche
Représentation de connaissances
Un document pédagogique dans notre cas est un module d’enseignement sur lequel un apprenant va effectuer différentes activités pédagogiques. Le module d’enseignement est rattaché le plus souvent à un champ d’enseignement appelé matière (domaine).
Nous avons fragmenté le contenu du document conformément aux activités et objectifs pédagogiques correspondants [8]. Ces activités vont aider La création de contenus pédagogiques de qualité, améliorant une forme d’adaptation automatique selon l’objectif d’apprentissage recherché, assimilation d’un cours, ou résolution d’une série d’exercices. Pour cela, il était nécessaire de spécifier les paramètres décrivant ces fragments et fournir ainsi des fonctionnalités facilitant la recherche, le filtrage et la construction (assemblage) du contenu. Notre travail nous a amené à construire un modèle [2] générique permettant la production de différents types de documents, ainsi chaque enseignant pourra conserver sa vision spécifique de rédaction.
Nous avons proposer une granularité assez fine du cours, afin qu’il puisse constituer une source effective aux diverses activités proposées aux apprenants [3]. Nous affirmons toujours que si le contenu est fragmenté en petites unités, ces unités seront plus partageables entre les acteurs du système donc plus réutilisables ce qui va augmenter et favoriser énormément l’adaptation aux apprenants. Nous avons décomposer les unités d’apprentissage en plusieurs fragments de contenus appelées : Unités d’aPprentissage Elémentaire (UPE) qui peuvent être : une Introduction, un Théorème, une Formule, une Illustration, une Définition, une Conclusion, un Exemple, une Explication, QCM, Exercice etc., ces UPEs sont les objets pédagogiques.
Aussi, il fallait définir un ensemble de méta données pour décrire ces UPEs, cet ensemble doit être partageable et reconnaissable entre les créateurs et les utilisateurs d’ou le choix d’une norme. LOM (Learning Object Metadata) est plus complet [1], [4], [11] et [14], il permet de décrire tout ce qui caractérise un objet pédagogique, neuf catégories de descripteurs sont prises en compte à savoir une description du contenu que des objectifs visés, du public ou de la configuration matérielle nécessaire. Pour ces raisons nous avons repris la normalisation de LOM, mais aux besoins de notre application et pour faciliter l’analyse nous avons défini un sous-ensemble de vocabulaire. Après avoir typé les UPEs (Introduction, Théorème, Définition, Conclusion, etc.) et décrit leur format (texte, image, vidéo, etc.), nous avons aussi intégré d’autres informations de nature sémantique pouvant faciliter la caractérisation de ces UPEs. A titre d’exemple, nous pouvons citer le niveau de difficulté, ou le temps d’apprentissage nécessaire. Tous ces éléments intégrés dans les UPEs vont servir à l’adaptation. En effet on peut sélectionner ces différentes UPEs selon leur niveau de difficulté, leur type ou format et prévoir en conséquence des contenus pédagogiques personnalisés.
Modèles et ontologies spécifiques
L’ontologie désigne l’étude de ce qui existe, c'est-à-dire l’ensemble des connaissances que l’on a sur le monde. Avec l’émergence de l’ingénierie des connaissances que les ontologies sont apparues, comme réponse aux problématiques de représentation et de manipulation des connaissances au sein des systèmes informatique. [9] Une ontologie est la partie fondamentale d’une représentation conceptuelle. La conceptualisation consiste en un ensemble d’objets, les concepts, et en un ensemble de relation entre les concepts. Une ontologie peut prendre la forme d’une hiérarchie de termes atomiques ou bien accompagnés de définitions, de schémas conceptuels spécifiant la structure de certaines connaissances, d’une théorie, d’un ensemble de règles logiques définissants un ensemble de termes et de contraintes sur leur utilisation. [13] Afin de concevoir notre environnement numérique MEDYNA de type hypermédia adaptatif dynamique nous avons utilisé 3 modèles représentés sous formes d’ontologies : un modèle de document générique, un modèle de domaine et un modèle apprenant.
Modèle de document générique
Le modèle de document permet de modéliser la structure globale de document. Cette structure narrative est représentée par un modèle de document qui permet d’éditer différents types de documents pédagogiques. Nous avons donc créé une grammaire définissant une sémantique générique élaborée par une DTD. Cette DTD a été voulue volontairement simple et assez générale. Ceci constitue une solution satisfaisante pour simplifier le maintien en bon état et les mises à jour des documents pédagogiques qui va accroître leur utilité. (Fig. 1),(Fig. 2)
La DTD a souvent besoin d’être modifiée pour lui rajouter de nouvelles extensions. Le rajout d’une sous DTD peut se faire de diverses façons, une solution consiste à utiliser les espaces de noms, s’il n’ y a pas un risque de conflit entre les noms et des éléments.
Nous avons proposé un vocabulaire non exhaustif pour traiter et produire différents types de documents pédagogiques. Cette DTD est utilisée pour valider l’éditeur que nous avons construit. Nous affirmons que la facilité d’utilisation et la rapidité de construction sont les caractéristiques essentielles que nous voulons atteindre pour l’édition des documents pédagogiques par les enseignants.
Ontologie de domaine
Les termes employés ci-dessus nous ont permis de définir une ontologie comme suit. Les ressources liées au domaine sont décrites par les concepts suivants : domaine (Informatique, physique, biologie,…) module d’enseignement (Système d’exploitation, java, mécanique du point,..) cours (Sémaphores, forces, vibration,…) et concepts correspondant aux objectifs pédagogiques des différents UPEs Introduction, Définition, QCM, Exercice,… (Fig. 2). Les relations entre ces concepts sont de 2 types : EST-COMPOSE-DE :
- Un domaine EST-COMPOSE-DE modules d’enseignements
- Un module d’enseignement EST-COMPOSE-DE plusieurs cours
- Un cours EST-COMPOSE-DE plusieurs UPEs
EST-PRE-REQUIS-DU : CoursX EST-PRE-REQUIS-DU CoursY
- UPE Introduction EST-PRE-REQUIS-DU UPE Définition
Ce dernier concept permet de savoir ce qui doit être connu et acquis pour bien comprendre l’unité pédagogique courante, par exemple le cours « Système d’exploitation 2 » ne peut être abordé que si le cours « Système d’exploitation 1 » est acquis (assimilé).
Des relations sémantiques relient les instances du cours aux différents UPEs, chaque UPE constitue une ressource pédagogique qui est annotée. Les annotations expriment les relations sémantiques avec les objets pédagogiques exemples Introduction.Sémaphores ou Définition.Sémaphores ou encore QCM.Sémaphores
