Intégration d`un tuteur intelligent avec un hypermédia adaptatif

Intégration d’un tuteur intelligent avec un hypermédia adaptatif
dynamique une approche fondée sur des ontologies.
HAFIDI MOHAMED , prépare le magistère à l’Université de Annaba, Algérie
[email protected]
BENSBAA TAHER, Enseignant-chercheur à l’Université de Annaba , Algérie
[email protected]
Mots clés : Tuteur intelligent , Adaptation, Ontologie, Graphe conceptuelle .
Résumé
En informatique, une ontologie correspond à une description conceptuelle générique des entités d’un
domaine nécessaire pour définir des applications basées sur la connaissance. L’objectif de notre
travail est de proposer un système adaptatif dynamique à base d’ontologies pour l’aide à une activité
(cours, exercice, simulation), et de créer un cours adaptatif dynamique . Dans ce papier nous
indiquerons à quels types de besoins nous souhaitons pouvoir répondre et détaillerons notre solution
basée sur la définition d’une ontologie de tâche, d’une ontologie de domaine et d’une ontologie
pédagogique. Nous donnerons des éléments pour l’aide à l’adaptation de l’ontologie. Enfin, Le cadre
applicatif choisi est celui de cours JAVA.
1. Introduction
Les hypermédias adaptatifs s’inscrivent dans une démarche d’amélioration des systèmes
hypermédias. En effet une application basée sur les hypermédias classiques fournit à tous les
utilisateurs le même contenu et le même ensemble de liens. Ce contenu identique peut
s’avérer inadéquat suivant l’utilisateur naviguant sur ces systèmes. Pour permettre cette
adaptation, les hypermédias adaptatifs s’appuient sur un modèle de l’apprenant . Ce dernier
regroupe l’ensemble des caractéristiques représentant l’apprenant telles que ses goûts, ses
préférences ou ses connaissances. Ce modèle est ensuite pris en compte dans un ensemble de
règles qui vont réaliser cette adaptation.
Or, l’objectif de ces systèmes est de trouver des moyens d’adapter des hypermédias
préexistants (BRUSILOVSKY, 1996), mais ne permet pas de construire dynamiquement des
chemins personnalisés au travers d’un ensemble de fragments sélectionnées.
Donc, cette adaptation reste limitée à l’adaptation du mode de navigation de l’utilisateur à un
hyper-document existant.
En plus de l’adaptation de l’hypermédia, les hypermédias présentent d’autres problèmes, En
effet, si la participation de l’apprenant à la séquence éducative peut être actuellement
considérés comme performants, la surcharge cognitive et la désorientation de l’apprenant au
sein d’un hypermédia demeurent des problèmes majeurs. Il est ainsi très courant de constater
lors de l’utilisation d’un hypermédia, que l’apprenant, au bout de quelques minutes de
navigations et de recherches, ne connaisse plus réellement sa position par rapport aux notions
qu’il vient de consulter. Ce travail met l’accent sur la réalisation d’un système hypermédia
éducatif adaptatif dynamique à base d’ontologies, ce système est constitué des composants
standards des hypermédias adaptatifs dynamiques (DELESTRE, 2000) et les hypermédias
générant des activités pédagogiques (LASKRI, 2003) par couplage avec les systèmes tuteur
intelligent .
Ce système apport plusieurs novations à savoir :
Améliorer la qualité d’adaptation.
Eliminer la surcharge cognitive.
Nouvelle représentation de connaissance.
Représentation multi point de vue de concept.
Enrichir le modèle apprenant.
Guider l’apprenant.
Etc…
2. Architecture du système proposée
Comme montré sur la figure ci-dessous, notre système est composé de six modules (HAFIDI,
2005) :
– un modèle du domaine qui permet de sauvegarder la connaissance pédagogique des
enseignants,
– un modèle de l’apprenant qui permet de connaître les caractéristiques de l’apprenant,
– une base d’objets pédagogiques qui permet de caractériser les documents qui vont
introduire les concepts du modèle du domaine,
– un modèle d’activités pédagogiques qui permet de définir la structure du cours,
– un modèle pédagogue qui permet de définir un ensemble de profils psychologiques
types des apprenants, puis associer à chacun d’entre eux une stratégie pédagogique.
– un modèle du tuteur intelligent qui permet de guider l’apprenant en cas de
désorientation.
Figure 1.
Architecture du système proposé.
2.1 Modèle du domaine
Le modèle du domaine est la composante d’un système d’enseignement qui permet à
l’ordinateur de connaître ce qui va être enseigné à l’apprenant0.
Avant d’aborder les différents types de liens, il est nécessaire de définir ce que nous
entendons par Méta concept, concept et fragment.
Un méta concepts du modèle du domaine est une séquence de concepts, les concepts sont les
connaissances qui doivent être acquises par l’apprenant.
Un fragment est toute partie d’un document à laquelle on peut associer une fonctionnalité
pédagogique.
Meta
Concept
Fragment
Prérequis approfondie par la disjonction et la conjonction
Conjonction.
disjonction
Analogie approfondie par conjonction et la disjonction.
Figure 2. Relation entre fragments, concepts et meta concepts.
2.2 Modèle des objets pédagogiques
Les éléments sujets à l’adaptation sont les informations manipulées et transformées afin
quelles soient adaptées à l’utilisateur. Ces informations peuvent être de différente granularité.
Pour effectuer une adaptation plus fine, les pages sont découpées en parties élémentaires que
l’on nomme fragments (objets pédagogiques). Les objets pédagogiques représentent une
particule élémentaire de sémantique. L’utilisation des objets pédagogiques permet d’obtenir
une adaptation plus fine car on peut effectuer des opérations d’adaptation sur chaque objet ou
sur un groupe d’objets (GATES, 1998).
2.3 Modèle des activités pédagogiques
Le modèle est constitué par les activités qui permettent au système de présenter les concepts
de différentes façons de sorte à trouver la meilleure présentation possible. A partir de ces
activités, le système déduit l’ensemble des activités à présenter à l’apprenant afin de renforcer
ses connaissances. Les activités pédagogiques permettent d’avoir plusieurs vues du même
concept ce qui permet sa compréhension. Ce concept a été défini dans (LASKRI, 2003) par
trois types d’activités :
- Des activités de présentation de cours ;
- Des activités de démonstration et de simulation ;
-
Des activités d’exercices et de problèmes.
Dans notre travail, en met l’accent sur le premier type d’activités, les activités sousadjacentes sont d’après (LASKRI, 2003) (LAOUDI, 2002).
Familiarisation : elle a pour but d’habituer l’apprenant à manipuler un concept.
Clarification : elle correspond à la nécessité d’éclaircir ou d’élucider un concept.
Renforcement : est correspond à la consolidation d’un concept.
2.4 Modèle apprenant
Adapter, personnaliser un cours pour un apprenant particulier nécessite de disposer
d'
informations sur ce dernier, permettant d'
évaluer la pertinence des objets disponibles
(fragments de texte, menus, boutons, etc.) ou d'
aider le système à faire des choix. Le modèle
apprenant est "une source de connaissances, une base de données sur un utilisateur". Plus
précisément, il s'
agit d'
un ensemble de données persistantes qui caractérisent un apprenant ou
un groupe d'
apprenants particuliers. Un tel modèle peut contenir des caractéristiques sur les
connaissances, les préférences, les objectifs, les centres d'
intérêts, etc. d'
un apprenant. Dans
notre approche l'
apprenant peut être modélisé selon différents points de vue en même temps.
2.5 Module tuteur intelligent
Les attentes de l’apprenant concernent principalement des aides à l’activité en cours, des
conseils en navigation et un avis éclairé sur son trajet personnel.
L’intégration d’un tuteur intelligent avec un hypermédia adaptatif dynamique apporte
plusieurs avantages à savoir (HAFIDI,2005) :
•
améliorer la qualité d’adaptation.
•
éliminer la surcharge cognitive chez l’apprenant.
•
éviter la désorientation de l’apprenant.
•
… etc.
2.5.1 Construction des chemins optimaux. La méthodologie de conception proposée
préconise de s’appuyer sur un processus de modélisation du profil de l’apprenant en deux
étapes : observation de l’activité de l’apprenant, synthèse des observables en un profil de
l’apprenant adapté aux besoins du tuteur. L’ensemble des informations est organisé afin de
permettre au tuteur de bien cerner la situation de l’apprenant et de le guider au mieux dans son
apprentissage.
2.5.2 Détection des écarts de l’apprenant. La navigation doit être matérialisée par deux
notions principales : le parcours d'
apprentissage et le trajet personnel. Au cours de son
apprentissage, l'
apprenant effectuera un cheminement effectif, identifié comme son trajet
personnel. Ce cheminement différera probablement du parcours qui était supposé. Ce trajet
permettra au tuteur d'
effectuer le suivi du processus d'
apprentissage.
Un parcours est logiquement une suite de Meta concept où chaque meta concept est une
succession de concepts.
2.5.3 Principe de fonctionnement. Le détecteur d’écart surveille les interactions entre
l’apprenant et son environnement. S’il détecte un écart avec la base des chemins optimaux, il
fait appel à l’évaluateur d’écart qui, en relation avec les heuristiques de comparaisons, évalue
la gravité de cet écart. Cette évaluation est transmise à l’Ordonnanceur qui propose le meta
concept adéquat.
2.6 Modèle pédagogue
C’est à travers cette interface que la pédagogie utilisée par le tuteur est définie. Ceci consiste
à définir un ensemble de profils types des apprenants.
Associer, ensuite, à chaque profil type, une stratégie pédagogique, L’utilisation de celle ci par
le tuteur consiste en l’application d’un ensemble des règles pédagogiques
2.7 Générateur de cours
La construction d’une page de l’hypermédia est principalement fonction du modèle de
l’apprenant, modèle des activités pédagogiques, modèle des objets pédagogiques, et le modèle
pédagogue. A ceci s’ajoute l’utilisation des filtres qui permettent un ensemble d’objets
pédagogiques en fonction tout d’abord de leur type cognitif, ensuite en fonction de leur
niveau cognitif, puis en fonction de leur langue et enfin en fonction de leur type physique.
3. Gestion de la navigation
Outre la technique de guidage direct utilisée dans la méthode dite « indexation fragmentée »
pour établir les liens entre concepts et documents, nous utilisons la technique de masquage de
liens et celle de l’annotation.
La technique de l’annotation est utilisée pour donner à l’apprenant une explication sur les
pages cibles, ce qui sans doute lui facilite la navigation et réduit la durée d’apprentissage.
Le système affiche l’ensemble des concepts du modèle du domaine et distingue les concepts
accessibles de ceux qui ne le sont pas. Ceci peut être atteint en utilisant la technique de
l’annotation des liens. L’utilisation de masquage des liens va permettre de n’afficher que les
liens qui pointent vers des fragments dont les concepts sont accessibles. Si ces fragments
possèdent des pré requis qui ne sont pas encore validés, les titres de ces fragments seront
affichés sans qu’ils soient cliquables et seront accompagnés d’explications relatives aux
concepts qui doivent être validés avant de pouvoir accéder à ces fragments(HAFIDI,2005).
4. Modélisation du système proposé
Notre système est modélisé par des ontologies qui apportent des améliorations concernant :
Besoin d’une représentation formelle.
Besoin de partager la connaissance.
Besoin d’assistance pour la conception de cours.
Besoin d’indexer des objets pédagogiques.
Communication.
4.1 Modèle du domaine et ontologie du domaine
Pour représenter ce modèle, nous disposons :
•
de la notion de support (hiérarchies de types de concepts et relations) ;
•
de graphes simples permettant la représentation d’assertions ou de requêtes ;
•
de règles de graphes simples permettant d’exprimer des réécritures automatiques
(règles de production) ou des dérivations possibles (règles d’évolution) ;
•
de contraintes permettant de contrôler la sémantique des relations entre les concepts.
4.2 Modèle pédagogue et ontologie pédagogique
Les stratégies pédagogiques sont les heuristiques utilisées par les pédagogues pour diriger la
navigation de l'
apprenant au travers d'
un ensemble de ressources (explications, simulations,
exercices, etc.). Il existe plusieurs sortes de règles. Certaines sont générales et peuvent
toujours être appliquées, d'
autres sont spécifiques à un type de stratégie. Les règles d'
ordre
général sont celles qui sont valides et mises en œuvre quel que soit le contexte. Par exemple
"une introduction à un sujet donné précède toute autre instruction concernant le même sujet".
4.3 Tuteur intelligent et ontologie de parcours
Dans notre système le tuteur intelligent permet de guider, conseiller l’apprenant lors de la
navigation. Pour modéliser ce module nous proposons d’utiliser une ontologie type pour
représenter le parcours optimal, et une ontologie de parcours pour décrire le chemin suivi par
apprenant.
4.3.1 Chemin de parcours. Pour nous, les graphes sont des hypergraphes, introduit la notion
de sous graphes, cette notion n’existe pas dans le modèle des graphes conceptuels. Notre
approche apporte cependant une extension au modèle des graphes conceptuels de manière à
introduire la notion de graphes emboîtés. Et dans le but de pouvoir faire des ‘zooms’ sur
certains meta concepts du graphe.
4.3.2 Module de détection des écarts. Un modèle de TI consiste à définir un du chemin
optimal et un chemin personnel. Il s'
agit aussi de préciser une méthode de comparaison entre
un chemin optimal et un chemin personnel afin de déterminer un degré de correspondance.
Dans le formalisme des graphes conceptuels, l’opération de projection permet de trouver des
composantes spécialisées d’un graphe au sein d’un autre.
4.3.2 Heuristiques de comparaisons. Plusieurs modifications au modèle des graphes
conceptuels emboîtés ont donc été apportées de manière à rendre la projection plus utilisable
pour le TI : La projection partielle, Projections à une transformation près, Intersection de
graphes.
4.4 Générateur de cours et l’association des ontologies
Le modèle du générateur du cours est basé sur l’association des ontologies : l’ontologie du
domaine (OD), l’ontologie de l’activité pédagogique (OAP), avec l’ontologie pédagogique
(OP)(HAFIDI,2005).
le GC consulte l’ontologie du domaine pour afficher l’ensemble des meta concepts. Il
désactive les meta concepts dont le niveau de connaissance de l’apprenant est inférieur à
l’importance des meta concepts pré requis.
Une fois un meta concept est sélectionné, le modèle de générateur du cours consulte
l’ontologie du domaine pour déterminer les meta concepts pré requis, et appel l’ontologie
overlay pour récupérer le niveau de l’apprenant pour ces meta concepts prérequis.
S’il y a des meta concepts prérequis non étudiés, il génère une page des meta concepts
prérequis.
S’il n’y a pas de meta concepts pré requis non étudiés, le modèle de générateur du cours
consulte l’ontologie du domaine pour déterminer le type de meta concept : conjonction de
meta concepts, disjonction de meta concept ou il a des meta concepts analogue, dans le
cas de relation d’analogie (disjonction, conjonction), on génère une page de meta concept
d’analogue (disjonction, conjonction).
Si le meta concept est une conjonction ou une disjonction des concepts, le générateur du
cours consulte l’ontologie stéréotype pour délivrer la classe de l’apprenant, puis en
collaboration avec l’ontologie pédagogique et l’ontologie de taches activités, il déduit les
taches induite par l’activités pédagogiques suivie, et enfin filtrer les objets pédagogiques
en fonction de ces taches.
Le modèle de générateur du cours construit la structure de la page et ses liens et les transmis
avec les adresses des objets pédagogiques au modèle d’interface.
5. L’architecture de l’implantation
!
"
#
# $%$
!
XML)
(
#
"
&
#
"
Mise en
forme (PHP)
!
%'
Figure 4. Architecture logiciel du système
6. Test et résultat « réalisation d’un prototype
Le prototype à réaliser est mis en œuvre par un cours sur les interfaces graphiques en java. Il
commence par donner des généralités sur les interfaces et est organisé autour des meta
concepts suivant : composant, conteneur, et gestion d ‘événements.
Figure 5. Cours sur les interfaces graphiques en java.
7. Conclusion
La dynamicité du cours permet d’améliorer l’adaptation et d’éliminer la surcharge cognitif,
mais le problème de guidage de l’apprenant en cas de désorientation reste un sujet ouvert.
Notre initiative a été projetée sur l’intégration d’un tuteur intelligent avec un hypermédia
adaptatif dynamique dans le but de guider, conseiller et aider l’apprenant dans sa navigation.
Notre travail apporte plusieurs novations à savoir :
Nouvelle représentation des connaissances.
Adaptation des liens.
Adaptation du contenu.
Intégration d’un modèle tuteur intelligent.
Enrichir le modèle de l’apprenant.
Intégration d’un modèle des activités pédagogiques.
Enrichir le modèle du domaine
… etc.
Dans un futur travail, on élargira notre travail par la réalisation d’un tuteur intelligent
coopératif et émotionnel à base d’ontologies.
8. Références
DELESTRE N. (2000) Un hypermédia adaptatif dynamique pour l’enseignement, Thèse au
laboratoire PSI de l’université de Rouen.
GATES K.F.(1998) A design for delivering filtered web views.
LASKRI M.T & BELLA,.N & LAOUD,(2003) L. HYPERGAP: un hypermédia éducatif
dynamique générant des activités pédagogiques, Document Numérique(Volume7-n°1-2,
pages 39-57, Hermes ) .
BRUSILOVSKY ,P. & SCHWATZ ,E &, Weber ,G. (1996) A Tool for developing adaptive
electronic textbooks on WWW.
LAOUDI S,(2002) Structure d’un hypermédia éducatif générant des activités pédagogiques,
ère, Institut National d’Informatique INI, Algérie.
HAFIDI M. (2005) integration d’un tuteur intelligent avec un hypermedia adaptatif
dynamique, une approche fondée sur des ontologies, COSI’05, Bejaia, Algérie.