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|title=Ontologie de la sémantique de l'annotation pédagogique de l'apprenant
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==Ontologie de la sémantique de l'annotation pédagogique de l'apprenant==
https://ceur-ws.org/Vol-547/106.pdf
Ontologie de la sémantique de l’annotation
pédagogique de l’apprenant
Hakim MOKEDDEM 1, Faiçal AZOUAOU 1, Cyrille DESMOULINS 2
1
Ecole nationale Supérieure en Informatique (E.S.I)
Oued Smar Alger, Algérie
{h_mokeddem, f_azouaou}@esi.dz
2
CLIPS- IMAG, University Joseph Fourrier
BP 53 38041 Grenoble cedex 9 France
{Cyrille.desmoulins}@imag.fr
Résumé. Cet article vise à définir une ontologie de la sémantique des
annotations de l’apprenant afin de la réutiliser dans un outil d’annotation
pédagogique. L’ensemble des annotations créées par l’apprenant avec cet outil,
constitue une mémoire pédagogique pour ‘l’apprenant. Nous commençons par
définir les concepts de mémoire externe et d’annotation de l’apprenant et nous
définissons ensuite la sémantique de l’annotation de l’apprenant. Afin
d’identifier et de modéliser cette sémantique de l’annotation, nous concevons
une ontologie des objectifs (sémantique) de l’annotation en suivant la démarche
proposée par [1]. Finalement nous décrivons l’implémentation de cette
ontologie dans l’outil d’annotation.
Mots clés : e-learning, annotation, apprenant, ontologie, situation active
d’apprentissage, OWL.
1 Introduction
Pendant son apprentissage, l’apprenant réalise différentes activités pédagogiques,
lors des quelles, il manipule différents types d’objets pédagogiques. Ces objets
pédagogiques peuvent être un exercice, une simulation, un texte, un QCM, etc. La
manipulation de ces objets se déroule dans le cadre de situation active d’apprentissage,
dans laquelle, l’apprenant devient un acteur prenant de son propre apprentissage.
Pendant la réalisation de ses activités, l’apprenant a besoin de mémoriser ses idées
directement sur les objets pédagogiques qu’il manipule afin de pouvoir les retrouver
et les réutiliser ultérieurement.
Cet ensemble d’annotations, représentent une mémoire d’apprentissage de
l’apprenant, qui contient les traces de son apprentissage. Chacune de ces annotations
possède une sémantique, où cette sémantique représente l’objectif d’annotation de
l’apprenant lors de la création de cette annotation.
Afin que ces annotations puissent être manipulées par les agents logiciels, et
partagées avec d’autres apprenants, la sémantique de ces annotations doit être
représentée de manière formelle, et pour cela, nous utilisons le modèle de l’ontologie
[2] où chacun de ses concepts représente un objectif d’annotation de l’apprenant [3].
Ainsi, l’objectif principal de ce travail, est de présenter notre proposition d’une
ontologie de la sémantique des annotations pédagogiques de l’apprenant. Cette
sémantique renvoie aux objectifs d’annotation de l’apprenant dans une situation
active d’apprentissage. Afin de concevoir une ontologie de qualité, nous suivons dans
ce travail la méthodologie de conception proposé par Noy [1].
Cet article est organisé comme suit. Dans la première section, nous présentons le
concept de mémoire externe de l’apprenant. Nous définissons ensuite l’annotation et
l’importance de formaliser sa sémantique. Dans la troisième section nous développons
l’ontologie des objectifs (sémantique) d’annotation suivant la méthode de conception
d’ontologie proposée par Noy[1]. Enfin nous décrivons l’aspect informatique de
l’implémentation de cette ontologie.
2 Mémoire externe de l’apprenant
L’apprenant a besoin de mémoriser les traces de son apprentissage lors de la
réalisation d’une activité d’apprentissage. Ces traces peuvent être des connaissances
acquises ou des remarques personnelles prises sur le document. La mémorisation de
ces traces facilite à l’apprenant d’éventuelles reprises sur le document.
Pour soulager sa mémoire humaine, l’apprenant utilise souvent une mémoire
externe pour mémoriser ses traces. Une mémoire externe personnelle est un support
externe qui a pour objectif d’aider une personne dans la gestion de ses propres
connaissances [4].
La mémoire externe de l’apprenant peut être de divers types : support papier,
fichier ou outils informatiques. Nous pensons qu’avec le développement de la
technologie et des systèmes pour l’apprentissage à distance, le support électronique
est devenu le premier support pédagogique pour l’apprenant pour supporter la
mémorisation des traces lors de la réalisation d’une activité d’apprentissage.
3 L’annotation de l’apprenant
Afin d’éclaircir le concept annotation, nous définissons l’annotation en général
selon différents domaines et son utilité pour l’apprenant et nous montrons ensuite
l’importance de la sémantique de l’annotation.
3.1 Définition de l’annotation
Il existe dans la littérature plusieurs définitions du concept d’annotation. Le trésor
de la langue française [5] définit une annotation comme une remarque manuscrite
noté en marge d’un texte. Du coté de la recherche, plusieurs définitions existent. Nous
examinons certaines d’entres elles suivant le domaine de recherche.
D’abord dans le contexte des interfaces homme-machine, Cousins et Baldonado [6]
définissent l’annotation comme un commentaire sur un objet tel que:
• l’annotateur veut qu’il soit perceptiblement distinguable de l’objet lui même.
• le lecteur interprète comme perceptiblement distinguable de l’objet lui même.
Selon les psycholinguistes et les cogniticiens une annotation est une trace de l’état
mentale du lecteur et une trace de ses réactions vis-à-vis du document [7]
D’après Desmontils [8] une annotation est une information graphique ou textuelle
attachée à un document et le plus souvent placée dans ce document. Cette place est
donnée par une ancre.
Dans le cadre du web sémantique [9] « une annotation est un commentaire, une
note, une explication ou toute autre remarque externe qui peut être rattachée à un
document web.» [10].
3.2 Utilité et sémantique de l’annotation pour l’apprenant
L’activité annotation est l’une des activités courantes de l’apprenant. Les études de
Marshall [11] montrent que les apprenants utilisent les annotations en prévision
d’une future utilisation et/ou comme support pour attirer l’attention du lecteur quand
le contenu du document est difficile. Cette étude montre également que l’annotation
enrichit l’activité d’interprétation de l’apprenant. Les apprenants annotent le
document pour comprendre et mémoriser la compréhension afin de la retrouver
facilement [3].
L’apprenant annote le contenu du document dans l’objectif de mémoriser ses idées
et remarques prises en manipulant les objets d’apprentissage. Cet objectif représente
la sémantique de l’annotation dont l’annotation est porteuse [3]. Cette sémantique est
la raison pour laquelle l’annotation est produite. Sans cette sémantique, l’annotation
n’a ni sens ni utilité pour l’apprenant qui veut la réutiliser.
Afin de modéliser la sémantique de l’annotation, c'est-à-dire l’ensemble des
objectifs d’annotation de l’apprenant, nous utilisons le concept d’ontologie [2], qui
offre une spécification d'une conceptualisation d'un domaine de connaissance[12]. Ce
domaine de connaissance est dans notre cas les objectifs d’annotation de l’apprenant.
Cette ontologie représente également un index pour les annotations produites par
l’apprenant [13].
4 Ontologie de la sémantique d’annotation
Il existe plusieurs méthodes pour le développement des ontologies. Pour concevoir
l’ontologie de la sémantique des annotations de l’apprenant nous suivons la méthode
itérative pour le développement des ontologies proposé dans [1]. Nous décrivons ci-
dessous comment nous avons suivi chacune des étapes de cette méthode.
4.1 Le domaine et la portée de l’ontologie
Nous commençons le développement de l’ontologie par définir son domaine et sa
portée et ce en répondant aux questions suivantes :
Quel est le domaine que va couvrir l’ontologie ? Le domaine de notre ontologie est
l’objectif des annotations de l’apprenant en situation active d’apprentissage. Notre
ontologie inclut donc les concepts qui décrivent les objectifs des annotations produites
par l’apprenant dans la réalisation de ses activités d’apprentissage.
Quels sont les buts de développement de l’ontologie ? L’ontologie est conçue dans
le but de formaliser et d’expliciter la sémantique (objectif d’annotation) des
annotations produites par l’apprenant. Cette formalisation nous permet d’implémenter
la sémantique des annotations dans un outil d’annotations dédié à l’apprenant.
Qui va utiliser l’ontologie ? L’ontologie n’est pas destinée à être utiliser par un
être humain, mais elle est conçue pour permettre son utilisation par les agents
logiciels : un outil d’annotation sémantique pour l’apprenant, qui lui permet de se
constituer une mémoire pédagogique externe à partir de ses annotations.
4.2 Réutilisation des ontologies existantes
L’objectif de cette étape est de réutiliser des ontologies existantes même si elles
ont un objectif différent du nôtre. Nous pouvons par contre réutiliser tout ou une
partie de ces ontologies après les avoir adapter à nos besoins.
Mille propose dans [3] une formalisation d’une ontologie de l’objectif d’annotation
de l’apprenant. Cette ontologie contient des concepts génériques des objectifs
d’annotation. Ces objectifs par contre ne sont pas spécifiques à l’apprenant et
n’explicitent pas l’aspect « pédagogie » des activités pédagogiques de l’apprenant.
Il existe par contre dans la littérature des ontologies qui explicitent la sémantique
pédagogique comme LOM [14], qui identifie les concepts de description des
ressources pédagogiques et IMS-LD [15] qui identifie les concepts nécessaires à la
modélisation d’un processus d’apprentissage. Ces ontologies par contre ne sont pas
spécifiques aux objectifs d’annotation de l’apprenant.
4. 3 Identification et structuration des concepts de l’ontologie
Pour identifier les principaux concepts de l’ontologie, nous nous basons sur les
trois ontologies citées précédemment ([3], [14] et [15]) de la manière suivante.
Nous extrayons les objectifs d’annotation génériques spécifiés par Mille [3] et
nous les enrichissons avec les concepts de la sémantique pédagogiques spécifiés par
LOM [14] et IMS-LD [15].
Dans ce processus de conception nous suivons une approche TOP-DOWN en
partant des concepts les plus génériques et nous suivons un processus itératif, où nous
améliorons les concepts de l’ontologie et leur structuration dans chaque itération.
Nous présentons le résultat de notre travail dans la figure 1. Où nous présentons les
concepts de l’ontologie structurés par la relation « is-a ».
Le modèle que nous présentons ci-dessous est une ontologie est non pas une
taxonomie. Alors qu’une taxonomie s’intéresse aux termes d’un domaine donné, une
ontologie s’intéresse à la formalisation des concepts de ce même domaine (dans notre
cas, la sémantique des annotations de l’apprenant).
-Ajouter une remarque -Mémoriser une erreur de
-Eclaircir résolution d’exercice
-Clarifier un concept
-Clarifier une idée -Mise en relation de deux passages
-Clarifier une réponse -Mise en relation d’une question à
-Critiquer une réponse
-Critiquer un résultat -Mise en relation de deux réponses
-… de recherche -Mise en relation de deux Questions
- … d’une expérimentation -Mise en relation de deux idées
- … d’un exercice résolu -Mise en relation de deux concepts
-Critiquer un cours de cours
-Critiquer la structure
-Critiquer la forme -Restructurer
-Développer -Enumérer les étapes de résolution
-Développer un concept d’un exercice
-Ajouter des explicatifs -Synthétiser
-Ajouter des exemples -…un cours
-Développer une idée -…une définition
-Ajouter des arguments -…une idée
-Ajouter des exemples -Restructurer un exercice
-Développer un résultat -… une démonstration
-Généraliser du résultat -… une réponse
-Déduire d’autres résultats -… une question
-Expliquer un passage
-… une question -Soutenir l’attention
-… un passage d’un cours -Marquer un passage d’un cours
-Expliquer graphiquement -Marquer une question d’un
-Expliquer un algorithme exercice
-Expliquer une méthode
-Expliquer textuellement -Exprimer une difficulté
-Expliquer un graphe -… dans un exercice
-Expliquer un tableau -… de comprendre une question
-… de résoudre une question
- Ajouter une référence -… d’appliquer un théorème
-… vers un autre document. - … d’interpréter un résultat
-… vers une partie du même antérieur
document. -… de déduire un résultat
-… bibliographique -… dans un cours
-… vers une question -… de comprendre un concept
-… vers une réponse -…de comprendre un passage
Figure 1. Ontologie de la sémantique des objectifs d’annotation de l’apprenant
4.3.1 Explication de l’ontologie
Nous expliquons ci-dessous certains concepts identifiés dans notre ontologie:
Ajouter une remarque. Afin de bien comprendre le contenu d’un objet
pédagogique, l’apprenant ajoute ses remarques personnelles qui représentent son
point de vue à propos du passage annoté. Cet objectif est affiné en trois sous objectifs :
éclaircir, critiquer et développer.
Eclaircir. Un apprenant peut ajouter un commentaire dans le but de clarifier un
passage d’un cours ou d’un exercice.
Mémoriser une erreur de résolution d’un exercice. En résolvant un exercice,
l’apprenant annote les erreurs qu’il commit.
Mise en relation de deux passages. L’apprenant peut mettre une relation
sémantique entre deux passages. Ces deux passages peuvent correspondre à deux
idées, ou questions par exemple.
Soutenir l’attention. Les études de [11] ont montré que les annotations deviennent
une trace visible qui marque l’attention du lecteur. Ces annotations sont utiles lors de
la lecture d’un document, et ne nécessite pas une mémorisation pour une future
réutilisation [3].
Exprimer une difficulté. En essayant de comprendre une question ou un concept,
l’apprenant peut trouver des difficultés pour les assimiler. L’annotation de cette
difficulté rencontrée permet à l’apprenant de retrouver cette difficulté afin de la traiter
ultérieurement.
4.4 Propriétés des classes
Puisque les classes seules ne fournissent pas les informations suffisantes pour
représenter l’objectif des annotations du travail réel de l’apprenant, on doit alors
décrire la structure interne de chaque concept.
Tous les concepts de l’ontologie possèdent deux propriétés : identifiant + nom.
Comme résultat nous obtenons les propriétés suivantes :
Le concept Propriété 1 Propriété 2
Ajouter une remarque Identifiant Nom
Eclaircir Identifiant Nom
Clarifier un concept Identifiant Nom
Clarifier une idée Identifiant Nom
Clarifier une réponse Identifiant Nom
Critiquer Identifiant Nom
… Identifiant Nom
Tableau 1. Propriétés des classes
4.5 Les instances
La dernière étape consiste à fournir les instances des classes dans la hiérarchie.
Nous fournissons une instance dans le tableau suivant des classes Ajouter une
remarque, Mémoriser une erreur de résolution d’un exercice, Exprimer une difficulté
et Mise en relation de deux passages.
Concept Propriété Valeur simple
Ajouter une remarque Nom Le cours ne contient pas de schéma
suffisant pour expliquer ce concept.
Mémoriser une erreur de Nom L’application du théorème contient des
résolution d’un exercice erreurs.
Exprimer une difficulté Nom Question 1 mal compris
Mise en relation de deux Nom La courbe de la fonction dépend des
passages limites trouvées
Tableau 2.Instance des classes
5 Implémentation de l’ontologie
Nous décrivons dans cette partie les aspects liés à l’implémentation de notre
ontologie. L’ontologie est représentée dans OWL, un langage formel basé sur XML,
qui permet d’expliciter de manière formelle les concepts qui la composent. Grâce à
OWL, cette sémantique peut être partagée entre les agents logiciels tels que l’outil
d’annotation de l’apprenant ou ceux de ses collègues.
5.1 Le langage OWL
OWL [16] est conçue pour être utilisé par les applications qui ont besoin de traiter
le contenu des informations au lieu de simplement présenter les informations à
l’utilisateur.
OWL facilite une grande interprétation du contenu du web que celui fournit par
XML, RDF ou RDF Schema (RDFS) en fournissant un vocabulaire riche avec une
sémantique formelle.
OWL est subdivisé en trois sous langages : OWL Lite, OWL DL et OWL Full.
OWL Lite est destiné à être utilisé dans les situations ou seulement une simple
hiérarchie de classe et des contraintes simples sont nécessaires. OWL DL est
beaucoup plus expressives que OWL Lite, il permet ainsi d’automatiser le calcule de
la classification hiérarchique et la vérification des incohérences dans une ontologie
OWL DL. OWL Full est beaucoup plus expressives qu’OWL DL mais il ne permet
pas d’automatiser le raisonnement au sein de l’ontologie. Dans notre cas, nous
choisissons le sous langage OWL DL pour définir notre ontologie.
La figure 2 montre sa description avec OWL.
Figure 2. Définition des classes OWL
5.2 Définition de l’ontologie de la sémantique des annotations avec
OWL
Nous utilisons l’éditeur protégé [17] pour définir notre ontologie. Il permet de
construire graphiquement la hiérarchie des classes et l’édition de l’ontologie dans le
langage voulu. La figure 3 (voir ci-dessous) montre la hiérarchie d’une partie de
l’ontologie sous protégé.
Figure 3. Hiérarchie des classes
5.3 Expression des annotations de l’apprenant
Les annotations prise par l’apprenant sur le document représentent les instances
des classes de l’ontologie. Une instance d’une classe est rajoutée dans la balise
représentant la classe dans le fichier OWL.
Pour relier les annotations produites par l’apprenant aux parties de document
annotées, nous allons utiliser les technologies XPointer et XLink [18]. XPointer est
une spécification du W3C qui permet de distinguer une partie d’un document XML.
Elle désigne la partie du document annotée. XLink nous permet après de pointer sur le
la partie du document annotée à partir du fichier OWL.
6 Conclusion et perspectives.
Notre objectif dans cet article est d’expliciter la sémantique de l’annotation
produite par l’apprenant lors de la manipulation des objets pédagogiques.
L’explicitation de la sémantique de l’annotation de l’apprenant lui permet de pouvoir
mémoriser la sémantique de ces annotations de pouvoir les réutiliser ultérieurement.
Nous avons définit l’annotation en général et son utilité comme une mémoire
pédagogique externe à l’apprenant qui supporte son activité d’apprentissage. Nous
avons montré l’importance de la sémantique de l’annotation qui permet à l’apprenant
de pouvoir interpréter le sens des annotations lors de leur réutilisation (remémoration).
A partir des ces définitions et ces utilisations nous avons développé une ontologie
de la sémantique de l’annotation qui inclut des propriétés génériques (Ajouter une
remarque, Critiquer, Développer, Mise en relation de deux passages, Soutenir
l’attention…) et d’autres assez spécifiques qui caractérise l’apprenant et ses activités
(Un cours, Une réponse, Une question, Marquer une question d’un exercice..).
L’objectif du développement de l’ontologie est de l’implémenter dans un outil
d’annotations dédiées à l’apprenant. Pour cela nous avons décrit l’ontologie avec le
langage OWL qui permet d’expliciter les classes et leurs relations. La description
formelle de notre ontologie vise à préparer son intégration dans l’outil d’annotation.
Comme une perspective à court terme, nous allons essayer d’enrichir l’outil
d’annotation avec une ontologie domaine qui caractérise un domaine particulier
d’enseignement, et une ontologie du contexte qui décrit le contexte dans lequel
l’apprenant annote son document.
Nous pouvons aussi enrichir l’ontologie de la sémantique d’annotation par l’ajout
des classes détaillés qui héritent des classes déjà existantes. Cet enrichissement pourra
se faire par le suivi des annotations produites par les apprenants. Le développement
de services pour le suivi des annotations produites par les apprenants, peut nous aider
à enrichir l’ontologie de la sémantique des annotations.
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